光纤激光切割机_激光切割机-深圳市创智激光智能装备有限公司

关于激光切割机在专用车领域应用的研究

行业新闻2020-02-243272

光纤激光切割机是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件,使被照射材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点,同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质,从而将工件割开。光纤激光切割机在生产专用车领域的应用,与传统加工工艺相比存在哪些些优势激光加工技术是将高能量的激光束通过聚焦光学系统,使激光焦点照射到材料表面,利用激光产生的热效应实现对工件热加工的技术方法。由于其具有加工对象广泛、加工精度高、加工速度快和工效高等特点,自问世以来受到国内外学者的关注,并在工业精密加工领域不断深入发展。激光加工 3D曲面需要将激光器与先进的光学系统及自动化机构相结合来实现;其自动化机构要求具有多自由度多轴配置以及Z 轴的高推进行程以满足工件的纵向加工深度以及加工宽度。球面加工是3D 曲面加工中最平常的,而这种曲面往往也是需要购置多轴激光精密机床进行加工,这使得制造成本代价昂贵。


因此,本文选择低成本的二维光纤激光切割机,借鉴二元光学器件制作中的分形数字掩膜理论,将三维高频曲面图形进行 N 阶量化得到一系列图形输入序列,在低自由度下模拟球面雕刻。此外,考虑到N 阶分形会使得量化能级一旦确定,则要求Z 轴推进以消除离焦锥形效应带来的激光切割深度不足以及加工宽度精度低等问题。本文在分形理论基础上,提出动态分形雕刻方法,即采用n(n<N)幅分形图形进行叠加雕刻,以保证球面加工精度。


根据数字掩膜理论,三维曲面的形成是由激光的激光能量分布所决定,对于普通光纤激光切割机或者雕刻机,一旦确定激光能级,即I(x,y)=I是定值,则3D曲面完全取决于停留时间在空间坐标的复杂分布。这种时间分布在本质上就是需要多自由度的自动化机构来实现,但恰恰普通光纤激光切割机不具备高性能的自动化机构,因此光纤激光切割机一般只能根据图形输入实现平面雕刻而无法实现三维曲面一次成型。然而,分形数字掩膜技术指出高频曲面图形可以进行 N 阶量化后得到N 幅低频分形图形,其总的激光能量分布表达式为停留时间与相应低频分形图形光强分布之积

事实上,由于 N 无法趋近无穷,在加工中必然存在量化误差。对于球面一般有等距量化和等高量化。量化球冠几何关系,对于等距量化,它要求有不同的台阶高度,这意味着 N 幅图形输入有不一样的激光能级以及长时间的测试取值,而且得到的台阶式球面误差较大。


由于分形加工通常只有1个量化能级仍需要Z轴长程推进,否则因加工深度的局限而仅能制作小尺寸球面零件,同时考虑到激光的离焦后锥形效应对线宽精度影响,因此环带半径需根据实际测试适当补偿。此外,球面图形用 N 幅输入图形,可能在实际加工过程中会出现圆心不能很好重合,即存在定标误差累积影响球面加工外观;因此,采用动态分形方法提出n=log2N 幅分形图形来加工球面。采用分形图形方法将球面零件量化,为球面激光加工提供一种低自由度加工新方法,同时为二维普通光纤激光切割机实现3D 球面成型提供可能方案。研究表明,分形图形方法中的量化阶数 N 大,意味着输入图形数目多,以及台阶深度 Δh小,会影响到时效和加工精度。

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