先进制造技术激光加工技术
对激光加工技术的理解与认识
对激光加工技术的理解与认识一、激光加工技术的定义及原理激光加工技术是指利用激光器产生的高能量密度的激光束，对材料表面进行加工处理的一种先进制造技术。
其原理是利用激光器产生的高能量密度的激光束，通过聚焦透镜将激光束聚集到极小点上，使材料表面瞬间受热融化或汽化，从而实现对材料进行切割、打孔、焊接等各种加工处理。
二、激光加工技术的分类及应用1. 激光切割技术：主要应用于金属材料和非金属材料的切割处理。
2. 激光打孔技术：主要应用于金属板、塑料板、陶瓷等材料的打孔处理。
3. 激光焊接技术：主要应用于金属材料之间或者非金属材料与金属材料之间的焊接处理。
4. 激光雕刻技术：主要应用于木板、有机玻璃等非金属类材料上进行图案雕刻和文字刻写。
三、激光加工技术的优点1. 高精度：激光束可以聚焦到很小的点上，因此可以实现高精度的加工处理。
2. 高效率：激光加工速度快，可以大幅提高生产效率。
3. 无接触性：激光加工过程中不需要与材料接触，从而避免了因接触而产生的磨损和变形等问题。
4. 灵活性：激光加工可以对不同形状、不同材质的材料进行处理，具有很大的灵活性。
四、激光加工技术的缺点1. 高成本：激光器价格昂贵，且维护成本也较高。
2. 容易受环境影响：激光束容易受到环境因素（如气体、尘埃等）影响而发生偏移或散射等问题。
3. 容易产生毒害物质：在某些情况下，激光加工会产生有害气体和废弃物。
五、激光加工技术未来发展趋势1. 多波长多功能化：未来发展趋势是将激光器的波长从单一的红光扩展到多种波长，实现多功能化加工。
2. 智能化：激光加工技术将更加智能化，可以通过计算机程序控制激光器进行自动化生产。
3. 环保化：未来发展趋势是要求激光加工技术在加工过程中尽可能减少对环境的污染和对人体的伤害。
六、结语激光加工技术是一种先进的制造技术，具有高精度、高效率、无接触性和灵活性等优点。
未来发展趋势是多波长多功能化、智能化和环保化。
尽管激光加工技术存在一些缺点，但随着技术的不断发展和完善，其应用范围将会更广泛，为制造业带来更多的机遇和挑战。
机械制造中的先进制造技术与工艺创新
机械制造中的先进制造技术与工艺创新机械制造是现代工业领域中的重要部门之一，它涉及到许多制造工艺和技术。
随着科技的不断进步和创新，机械制造领域也在不断发展和演变。
先进制造技术和工艺的应用不仅提高了机械制造过程的效率，还改善了产品的质量和性能。
本文将探讨机械制造中的先进制造技术和工艺创新。
一、数控技术数控技术是一种基于计算机控制的先进制造技术，它可以对机械加工过程进行自动控制。
传统的机械加工需要依靠工人的经验和技巧，而数控技术可以精确地控制加工过程，提高加工精度和一致性。
数控技术不仅可以应用于常规加工操作，如铣削、钻孔和切割，还可以应用于复杂的曲面加工和多轴加工。
此外，数控技术还可以通过编程实现不同产品的批量生产和灵活制造。
二、激光切割技术激光切割技术是一种高精度的材料切割方法，它利用激光束对材料进行加工。
激光切割技术具有非接触加工、高精度、高效率和适用于各种材料的特点。
在机械制造中，激光切割技术可以用于金属材料和非金属材料的切割和雕刻。
相比传统的切割方法，激光切割技术不会引起材料变形和氧化，可以实现更精细的切割效果。
三、增材制造技术增材制造技术是一种通过逐层添加材料构建三维实体的制造方法。
它可以根据设计要求逐层添加材料，形成复杂的几何形状和内部结构。
机械制造中的增材制造技术包括3D打印和激光熔化沉积等方法。
与传统的机械加工方法相比，增材制造技术可以提高制造效率，减少材料浪费，并且可以制造出更复杂和个性化的产品。
四、智能制造技术智能制造技术是将信息技术与制造技术相结合的一种先进制造技术。
智能制造技术可以将传感器、计算机和网络等技术应用于机械制造过程中，实现自动化、柔性化和智能化的生产。
例如，智能制造技术可以通过监测和分析生产数据，提高生产效率和质量控制。
此外，智能制造技术还可以实现设备之间的互联互通和协作，提高生产系统的整体效率和灵活性。
五、先进材料应用随着科技的不断发展，新型材料的出现为机械制造提供了更多的选择。
先进制造业中的激光测试与激光加工技术
； 光加工技术的激光视觉三维测量、 激光层析成像 、 激光无损检测技 术、 激光振动测量 、 激光快速成型技 ｛ ； 、 术 激光焊接技术、 激光切割技术、 激光打孔技术、 激光标记技术、 激光热处理技术和激光 内腔加工技 ５ ； 术等主要技术进行 了研 究与分析。 ５ ｉ 关键词： 激光技术； 激光测试； 激光加工
向性 好 等特 点 ，在先 进 制造 技 术 领 域得 到 了广 泛 的应 用 ，大大 推 动 了制 造 业 的进 步 。在 制 造业 中广 泛 应用 了激光 视 觉 三维 测量 、
１ 激光测试技术在 先进 制造业 中的应用
制造生产中的许多信息需要通过检 测来提供 ，生产 中出现 激光 层 析成 像 、 激光 无 损检 测 技术 和 激光 振 动测 量 。激 光快 速 成 的各种故 障要通过检测去发现和防止 ，所需要 的精度也要靠检 型技术、 激光焊接技术、 激光切割技术、 激光打孔技术 、 激光标记 测来保证 。没有 可靠的检测就没有现代 化与 自动化 ，更没有高 技术 、激光热处理技术和激光 内腔加工技术在制造业 中的应用 ， 效 率 和 高 质 量 。 为适 应 柔 性 自动 化 的需 要 ，机器 人 必 须 有 视 觉 系统 。能对装配件的形体与姿态进行识别 ，应装有位置与触觉
ＺＨＡＮ Ｂ ｏ—ｚ ｏ ｇ Ｓ ｉ ｉｇ Ｌ Ｕ Ｐ ｎ ， Ｆ Ｎ Ｊｎ—ｚ ｎ Ｇ ａ ｈ ｎ ， ＵＮ Ｈｕ —ｐｎ ， Ｉ ｉｇ Ａ ｉ ｅ
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中图分 类号 ： Ｈ ４ 文献标 识 码 ： Ｔ７ Ａ
激光 技 术是 ６ 代 初发 展 起 来 的影 响 了人 类 生活方 方 面 面 对提 高产 品质量 、 Ｏ年 提高 劳 动生 产 率 、 少 材料 消耗 有重 要 意 义 ， 减 也
先进制造技术的学科内容
先进制造技术的学科内容
先进制造技术是指利用新的科学技术和理论知识，应用于制造领域的一种先进
技术。
它涉及到了机械制造、自动化控制、信息技术等方面的学科内容。
在机械制造方面，先进制造技术包括了先进材料和先进加工工艺的应用。
先进
材料可以提高产品的性能和品质，如复合材料、高温合金等广泛应用于航空、航天、汽车等领域。
而先进加工工艺则可以提高生产效率和产品精度，例如激光加工、数控加工、超声波加工等技术的发展。
自动化控制是先进制造技术中的核心内容之一。
通过控制系统的设计和应用，
可以实现工业生产过程的自动化和智能化。
例如，工业机器人的应用可以替代人工操作，提高生产效率和产品质量；自动化生产线的应用可以实现产能的提高和生产过程的稳定性。
信息技术的发展也对先进制造技术起到了重要推动作用。
例如，互联网、物联
网等技术的应用可以实现生产过程的远程监控和管理，提高生产效率和资源利用率；人工智能的应用可以实现对制造过程的优化和预测，提高产品的质量和可靠性。
综上所述，先进制造技术的学科内容包括机械制造、自动化控制、信息技术等
方面的知识和技术。
通过学习和应用这些学科内容，可以推动制造业向数字化、智能化、绿色化方向发展，提高产品的竞争力和市场占有率。
先进制造技术——三束加工—激光束、电子束、离子束
2．特点及应用
离子束加工有如下特点：
(1) 离子束加工是目前特种加工中最精密、最微细的加工。离子刻蚀可达纳 米级精度，离子镀膜可控制在亚微米级精度，离子注入的深度和浓度亦可精 确地控制。
(2) 离子束加工在高真空中进行，污染少，特别适宜于对易氧化的金属、合 金和半导体材料进行加工。 (3) 离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的，是一种微观作用， 所以加工应力和变形极小，适宜于对各种材料和低刚件零件进行加工。
4.束流控制方便，易实现加工过程自动化。
二、激光束加工
激光：源自在经过激励后由高能级院子跃迁到低能级而发射 的光子所产生的物理现象。
激光产生的原理：原子经过激励而发生跃迁现象。 激光加工:激光加工就是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点 上达到很高的能量密度产生的光热效应来加工各种材料。
加工原理
1）高速打孔 目前电子束打孔的最小直径可达Ø0.003mm左右。例如喷气发动机 套上的冷却孔，机翼的吸附屏的孔。在人造革、塑料上用电子束打大量微孔， 可使其具有如真皮革那样的透气性。电子束打孔还能加工小深孔，如在叶片 上打深度5mm、直径Ø0.4mm的孔，孔的深径比大于10：1。
2）加工型孔及特殊表面
激光加工的应用
激光加工是激光系统最常用的应用。根据激光束与材料相互作用的机理，大 体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。激光热加工是指利 用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激 光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等；光化学反应加工是指 激光束照射到物体，借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。 包括光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。
0.03～ 0.07 mm
先进制造技术激光加工技术
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二、激光加工的合理工作参数 (5)
（2）切缝宽度 一般在0.5mm左右，它与被切材料 性质及厚度、激光功率大小、焦距及焦点位置、激光 束直径、喷吹气体压力及流量等因素有关，其影响程 度大致与对打孔直径的影响相似。切割精度可达 ±0.02～0.01mm。
（3）切割厚度 它主要取决于激光输出功率。切割 碳素钢时，1kW级激光器的极限切割厚度为9mm， 1.5kW级为12mm，2.5kW级为19mm；2.5kw级切 割不锈钢的最大切割厚度则为15mm。对于厚板切割 则需配置3kw以上的高功率激光器。
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二、激光加工的合理工作参数 (1)
1．激光打孔尺寸及其精度的控制 （1）孔径尺寸控制 采用小的发散角的微光器 （0.001～0.003rad），缩短焦距或降低输出能量可获 得小的孔径。对于熔点高、导热性好的材料可实现孔径 0.01～1mm的微小孔加工，最小孔径可达0.001mm。 （2）孔的深度控制 提高激光器输出能量，采用合理 的脉冲宽度（材料的导热性越好宜取越短的脉冲宽），应 用基模模式（光强呈高斯分布的单模）可获得大的孔深。 对于孔径小的深孔宜用激光多次照射，并用短焦距 （15～30mm）的物镜打孔。
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二、激光加工的合理工作参数 (4)
2．激光切割的合理工作参数 除精细切割如切割硅片可用YAG固体激光器外，激 光切割一般采用CO2以激光器，其工作参数主要有切割 速度、切缝宽度和切割厚度。 （1）激光切割速度 它随激光功率和喷气压力增大 而增加，而随被切材料厚度增加而降低。切割6mm厚 度碳素钢钢板的速度达到2.5m／min，而厚度为 12mm的钢板仅为0.8m/min。切割15.6mm厚的胶 合板为4.5m/min，切割35mm厚的丙烯酸酯板的速 度则达27m/min。
先进制造技术
1.先进制造技术：是制造业不断吸收信息技术及现代化管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。
2.FMS：有两台以上的机床、一套物料运输系统（从装载到卸载具有高度自动化）和一套控制系统的计算机组成的制造系统。
3.FMS的类型：配备互补机床的FMS、配备可互相替换的FMS、混合式的FMS。
4.对于长度直径比小于2的回转体零件，通常在加工棱柱体的FMS中进行加工；对于棱柱体类零件，加工设备的选择通常在立式和卧式加工中心以及专用机床。
5.主轴箱更换式机床按照主轴箱更换方式分为：循环式输送主轴箱更换式机床；直线式输送主轴箱更换式机床；鼓轮式输送主轴箱更换式。
6.自动上下料装置：托盘交换器（有回转式和往复式）、多托盘库运载交换器、机器人。
7.工业机器人由执行机构、控制系统、驱动系统以及检测装置等几部分组成。
8.工业机器人分为：固定式机器人和移动式机器人。
9.在FMS中，零件运储系统包括自动运输和自动储存两方面工作。
10.零件在FMS内部的搬运主要采用以下三种运输工具：传送带、自动运输小车和搬运机器人。
11.自动导向小车的特点：较高的柔性；实时监视和扩展；安全可靠；维护方便。
12.自动小车按导向方法分为：有轨小车；线导小车；遥控小车；光导小车。
13.自动化仓库主要有：库房、堆垛起重机、控制计算机、状态检测器等组成。
14.自动化仓库的自动化包含：仓库管理自动化和入库出库的作业自动化。
15.刀具自动运输系统包括：刀具自动运输和刀具管理系统。
16.自动换刀方式：顺序选刀方式；道具编码方式；道具编码方式。
17.刀具的管理包括刀具的监控和刀具的信息管理。
18.生产计划调度系统是FMS单元控制器的核心功能软件。
计划与调度的目的是保证按期交货，保证均衡生产，提高设备利用率，缩短生产周期。
激光加工技术及其应用(精)
激光加工技术及其应用概述:激光加工(Laser Beam Machining,简称LBM是指利用能量密度非常高的激光束对工件进行加工的过程。
激光几乎能加工所有材料,例如,塑料、陶瓷、玻璃、金属、半导体材料、复合材料及生物、医用材料等。
在1960年12月,出生于伊朗的美国科学家贾万率人终于成功地制造并运转了全世界第一台气体激光器——氦氖激光器。
1962年,有三组科学家几乎同时发明了半导体激光器。
1966年,科学家们又研制成了波长可在一段范围内连续调节的有机染料激光器。
此外,还有输出能量大、功率高,而且不依赖电网的化学激光器等纷纷问世。
与传统加工技术相比,激光加工技术有以下特点(1激光功率密度大,工件吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化,即使熔点高、硬度大和质脆的材料(如陶瓷、金刚石等也可用激光加工;(2、激光头与工件不接触,不存在加工工具磨损问题;(3、工件不受应力,不易污染;(4、可以对运动的工件或密封在玻璃壳内的材料加工;(5、激光束的发散角可小于1毫弧,光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至十千瓦量级,因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工;(6、激光束容易控制,易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合,实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度;(7、在恶劣环境或其他人难以接近的地方,可用机器人进行激光加工。
2.基本原理激光被广泛应用是因为它具有的单色波长、同调性和平行光束等3大特性。
科学家在电管中以光或电流的能量来撞击某些晶体或原子易受激发的物质,使其原子的电子达到受激发的高能量状态。
当这些电子要回复到平静的低能量状态时,原子就会射出光子,以放出多余的能量。
这些被放出的光子又会撞击其它原子,激发更多的原子产生光子,引发一连串的连锁反应,并且都朝同一个方前进,进而形成集中的朝向某一方向的强烈光束。
由此可见,激光几乎是一种单色光波,频率范围极窄,又可在一个狭小的方向内集中高能量,所以利用聚焦后的激光束可以穿透各种材料。
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低速轴流式的气体流速慢，输出功率小，约50～ 70W/m，但其输出功率稳定，易得到单模，一般用 于百瓦级激光器。对于千瓦级的CO2激光器则采用气 体循环速度达100m/s的高速轴流式的激光器或气流 及放电与激光光轴垂直的双轴直交型以及气流、放电 与激光光轴三者互相垂直的三轴直交型，可达到使激 光器小型化。
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二、激光加工的合理工作参数 (2)
（3）提高激光加工孔的圆度 激光器模式采用基模加 工，聚焦透镜用消球差物镜，且透镜光轴与激光束光 轴重合，工件适当偏离聚焦点以及选择适当的激光能 量等可提高加工圆度。 （4）降低打孔的锥度 通常孔的锥度随其孔深孔径比 增大而增加，采用适当的激光输出能量或小能量多次 照射，较短的焦距，小的透镜折射率及减少入射光线 与光轴间的夹角等措施可减小孔的锥度。
2018/11/30
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二、激光加工的合理工作参数 (1)
1．激光打孔尺寸及其精度的控制
（1）孔径尺寸控制 采用小的发散角的微光器 （0.001～0.003rad），缩短焦距或降低输出能量可获 得小的孔径。对于熔点高、导热性好的材料可实现孔径 0.01～1mm的微小孔加工，最小孔径可达0.001mm。 （2）孔的深度控制 提高激光器输出能量，采用合理 的脉冲宽度（材料的导热性越好宜取越短的脉冲宽），应 用基模模式（光强呈高斯分布的单模）可获得大的孔深。 对于孔径小的深孔宜用激光多次照射，并用短焦距 （15～30mm）的物镜打孔。
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一、激光加工系统的组成(4)
聚光器罩在光泵的外围，它是把光泵发生的光有效 地、均匀地集中到工作物质上。聚光器中常用的是圆 柱聚光器和椭圆聚光器，也有球形、椭球和紧包形的 聚光器。其要求为聚光均匀、散热好、结构简单、内 壁反射率高，表面粗糙度Rα0.04μm以下，通常聚光 效率达80％。 谐振腔是光学反馈元件，它的作用是为光放大介质 产生光振荡。其类型对激光输出能量和发散角有很大 影响，常用的平行平面谐振腔由图1中反射镜1与4组 成，谐振腔的长度为激光半波长的整倍数，反射镜平 行度＜10"。
2018/11/30
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二、激光加工的合理工作参数 (4)
2．激光切割的合理工作参数 除精细切割如切割硅片可用YAG固体激光器外，激光 切割一般采用CO2以激光器，其工作参数主要有切割速 度、切缝宽度和切割厚度。 （1）激光切割速度 它随激光功率和喷气压力增大 而增加，而随被切材料厚度增加而降低。切割6mm厚 度碳素钢钢板的速度达到2.5m／min，而厚度为 12mm的钢板仅为0.8m/min。切割15.6mm厚的胶 合板为4.5m/min，切割35mm厚的丙烯酸酯板的速 度则达27m/min。
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一、激光加工ห้องสมุดไป่ตู้统的组成(8)
2.聚焦系统 其作用是把激光束通过光学系统精确地聚焦至工 件上，并具有调节焦点位置和观察显示的功能。CO2 激光器输出的是红外线，故要用锗单晶、砷化镓等红 外材料制造的光学透镜才能通过。为减少表面反射需 镀金全反射镜。
2018/11/30
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一、激光加工系统的组成(9)
图3为应用于CO2激 光切割机的透射式聚焦系 统。图中在光束出口处装 有喷吹氧气、压缩空气或 惰性气体N2的喷嘴，用 以提高切割速度和切口的 平整光洁。工作台用抽真 空方法使薄板工件能紧贴
在台面上。
2018/11/30
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一、激光加工系统的组成(10)
3．电气系统 电气系统包括激光器电源和控制系统两部分，其作 用是供给激光器能量（固体激光器的光泵或CO2激光器 的高压直流电源）和输出方式（如连续或脉冲、重复频 率等）进行控制。此外，工件或激光束的移动大多采用 CNC控制。 为了实现聚焦点位置的自动调整，尤其当激光切割 的工件表面不平整时，需采用焦点自动跟踪的控制系统， 它通常用电感式或电容式传感器来实时检测，通过反馈 来控制聚焦点的位置，其控制精度的要求一般为 ±0.05～0.005mm。
2018/11/30
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二、激光加工的合理工作参数 (3)
（5）硬脆材料激光打孔的实用参数 用YAG激光加 工机对红宝石和金刚石打孔，当孔径为0.05mm时， 所用的单个脉冲的激光能量分别为0.05～1J，每秒的 脉冲数约为20个；加工Si3N4、SiC和Al2O3等陶瓷， 当孔径为0.25～1.5mm时，所用单个脉冲激光能量在 5～8J，每秒的脉冲数为5～10个，脉冲宽度0.63ms， 辅助气体用空气或N2。
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一、激光加工系统的组成(5)
（2）气体激光器 常用的工作物质有分子激光的二氧化碳 （CO2）和离子激光的氩气（Ar），后者输出功率为25W， 它的10ns级短脉冲，使热影响区小，用于半导体、陶瓷和 有机物的高精度微细加工。而CO2激光器的功率在连续方 式工作时可达45kW，脉冲式可达5kW，故在加工中应用 最广。 CO2气体激光器的波长为10.6μm，处于红外线领域， 因而其激光束为不可见光。它是在氦的体积分数约80％， 氮的体积分数约15％和CO2的体积分数约5％的混合气体 中进行放电形成粒子数反转的分子激光。它的能量效率通 常为5％～10％，高效装置甚至可达10％～15％。
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一、激光加工系统的组成(6)
CO2激光器的工作原理图 如图2所示。 气体激光的激励虽也可用 光泵的方法，但大多用直流 放电（图2）或高频放电的方 式。 谐振腔由放电管两端的镜 面构成，一端是镀金凹镜， 另一端是锗或砷化镓平镜， 它们也兼作密封之用。
2018/11/30
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一、激光加工系统的组成(7)
一、激光加工系统的组成(3)
光泵是使工作物质发生粒子反 转产生受激辐射的激励光源，因 此光泵的发射光谱应与工作物质 的吸收光谱相匹配。常用的光泵 有脉冲氙灯和氪灯，脉冲氙灯的 发光强度和频率较高，适用于脉 冲工作的固体激光器，而氪灯的 发光光谱能与YAG的吸收光谱很 好匹配，是YAG连续激光器的理 想光泵。为改善照射的均匀性， 光泵可用双灯（如图1所示的件3 有上、下两个）、三灯或四灯。