小议激光加工技术的课程设置论文[大全5篇]

第一篇：小议激光加工技术的课程设置论文

课程的设置应强调学生动手能力的培养与提高

激光加工技术专业主要是为了培养生产和服务第一线的应用型人才，因此，根据这一特点，教师首先要注重针对学生职业技能的训练，以形成其基本的社会生存能力。学生在校两年里，要强化他们钳工、焊工、维修电工、电子焊接、数模电的实验、实训等实践性教学与管理，准确使用常用仪器仪表、掌握基本测试方法、熟练组装激光器，在调试以及故障分析等方面进行专题训练，增加激光焊接、激光切割、激光打孔、激光热处理以及激光内雕等产品的实训活动，力求使产品的设计性、趣味性、综合性都能有所提高。其次，教师要制定一系列活动方案，定期举办“我爱小发明”“世界著名建筑拼图”“我心目中的潘多拉魔盒设计”等活动竞赛项目。这样，无论是在课内还是在课外，都能充分体现以学生为主体，以培养学生操作技能为主要目标的教育教学特点，促进学生尽早成为一名适应社会需求的技能型人才。

课程的设置应能充分适应机光电等行业对职业岗位的需求

专业课程设置上始终坚持以培养学生职业能力为主调，以职业生涯为背景，以岗位需求为依据，在“贴近生产、贴近工艺、贴近装备”的思想指导下，在激光加工产品设计、生产、工艺，以及激光器的安装、调试、检测及维护综合能力培养为核心上下工夫。认真分析行业发展现状和趋势，针对中职教育的宗旨和激光加工技术专业岗位的社会需求，适时调整课程内容、优化课程体系，使课程具有实用性、实践性、科学性，并包含更多的现代技术和新应用技术。针对中职院校激光加工所涉及的机械加工类、电工电子类的教学内容，我们开发并编写了《机械基础》《机械制图》《AutoCAD技术》《EzCAD基础》《电工与电子技术》和《设备控制技术》等专业课程。而在实际教学工作中，突出了对《激光原理》《激光加工设备》和《激光加工工艺》核心课程的教学，借助“校企合作、工学联合”的平台，将行业企业的生产标准和生产流程引入到教学的全过程中，培养了学生严谨的工作作风和熟练的操作技能，完善了激光加工的产品制作工艺，得到了指导教师、行家、企业领导的充分支持和肯定。

课程设置应注意统一性、地方性的有效结合课程的统一性是保证教学质量的重要前提，统一性课程是指基础课程模块。在参考国家课程标准的前提下，我们把语文、数学、英语、体育、美术和音乐欣赏等纳入基础课程体系模块之中。这样，有利于学生综合素质的培养和提高，不仅为专业课程地学习打下良好的基础，也为学生今后走上社会，适应社会发展的需要创造良好的条件。课时分配应不低于总学时的30%。同时，课程设置应具有地方性特点。面对地方经济发展战略一盘棋，激光加工技术专业的课程设置必须与学校专业发展同步，切合地方产业发展的大局，让教材开发和课程设置具有鲜明的为地方经济发展服务的办学特色。只有把统一性和地方性有效结合，才能适应社会需求，为经济发展作出应有的贡献。

课程设置要与师资队伍的建设相结合师资队伍包括教师队伍、教学内容、教学方法和手段以及实验实训等。它对推动课程的整体改革，推进教育教学观念，提高教学质量起着重要作用。我们每年选派1至2位教师到武汉高校进行激光加工技术专业培训，以此提高教师理实一体化教育教学水平。培训的主要内容包括四方面：一是接受激光加工技术对当代社会发展所起作用的感性和理性认知培训，感知新技术给社会带来的巨大变革；二是对接受培训的教师进行激光加工专业理论水平的培训，为夯实技能功底打好基础；三是借助“中国光谷”技术优势，让教师到激光设备生产企业进行技能专项训练；四是邀请来自全国中职院校的部分优秀教师、高校专家、行业精英等，一起研讨课程设置、教学内容、手段和方法，以便使课程设置更趋于合理化、规范化和科学化。

不可否认，虽然我们开创了将激光加工技术引入中职课堂的先河，但是作为新兴专业，课程设置毕竟还处于起步阶段，存在这样或那样的问题。所以敬请各位同仁在教学实践中不断提出合理化的意见和建议，以便让课程设置日臻完善。

第二篇：激光加工技术

激光加工技术

一、技术概述

激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工技术。激光加工技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，它的研究范围一般可分为：

1．激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。

2．激光加工工艺。包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。

二、现状及国内外发展趋势

作为20世纪科学技术发展的主要标志和现代信息社会光电子技术的支柱之一，激光技术和激光产业的发展受到世界先进国家的高度重视。

激光加工是国外激光应用中最大的项目，也是对传统产业改造的重要手段，主要是kW级到10kW级CO2激光器和百瓦到千瓦级YAG激光器实现对各种材料的切割、焊接、打孔、刻划和热处理等。据1997~1998年的最新激光市场评述和预测，1997年全世界总激光器市场销售额达32.2亿美元，比1996年增长14％，其中材料加工为8.29亿美元，医疗应用3亿美元，研究领域1.5亿美元。1998年总收入预计增长19％，可达到38.2亿美元。其中占第一位的材料加工预计超过10亿美元，医用激光器是国外第二大应用。

激光加工应用领域中，CO2激光器以切割和焊接应用最广，分别占到70％和20％，表面处理则不到10％。而YAG激光器的应用是以焊接、标记（50％）和切割（15％）为主。在美国和欧洲CO2激光器占到了70~80％。我国激光加工中以切割为主的占10％，其中98％以上的CO2激光器，功率在1.5kW~2kW范围内，而以热处理为主的约占15％，大多数是进行激光处理汽车发动机的汽缸套。这项技术的经济性和社会效益都很高，故有很大的市场前景。

在汽车工业中，激光加工技术充分发挥了其先进、快速、灵活地加工特点。如在汽车样机和小批量生产中大量使用三维激光切割机，不仅节省了样板及工装设备，还大大缩短了生产准备周期；激光束在高硬度材料和复杂而弯曲的表面打小孔，速度快而不产生破损；激光焊接在汽车工业中已成为标准工艺，日本Toyota已将激光用于车身面板的焊接，将不同厚度和不同表面涂敷的金属板焊接在一起，然后再进行冲压。虽然激光热处理在国外不如焊接和切割普遍，但在汽车工业中仍应用广泛，如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理。在工业发达国家，激光加工技术和计算机数控技术及柔性制造技术相结合，派生出激光快速成形技术。该项技术不仅可以快速制造模型，而且还可以直接由金属粉末熔融，制造出金属模具。

到了80年代，YAG激光器在焊接、切割、打孔和标记等方面发挥了越来越大作用。通常认为YAG激光器切割可以得到好的切割质量和高的切割精度，但在切割速度上受到限制。随着YAG激光器输出功率和光束质量的提高而被突破。YAG激光器已开始挤进kw级CO2激光器切割市场。YAG激光器特别适合焊接不允许热变形和焊接污染的微型器件，如锂电池、心脏起搏器、密封继电器等。YAG激光器打孔已发展成为最大的激光加工应用。

目前，国外激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。激光打孔的迅速发展，主要体现在打孔用YAG激光器的平均输出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。打孔峰值功率高达30~50kw，打孔用的脉冲宽度越来越窄，重复频率越来越高，激光器输出参数的提高，很大程度上改善了打孔质量，提高了打孔速度，也扩大了打孔的应用范围。国内目前比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及手表宝石轴承的生产中。

目前激光加工技术研究开发的重点可归纳为：

－－新一代工业激光器研究，目前处在技术上的更新时期，其标志是二极管泵浦全固态激光器的发展及应用；

－－精细激光加工，在激光加工应用统计中微细加工1996年只占6％，1997年翻了一倍达12％，1998年已增加到19％；

－－加工系统智能化，系统集成不仅是加工本身，而是带有实时检测、反馈处理，随着专家系统的建立，加工系统智能化已成为必然的发展趋势。

激光技术在我国经过30多年的发展，取得了上千项科技成果，许多已用于生产实践，激光加工设备产量平均每年以20％的速度增长，为传统产业的技术改造、提高产品质量解决了许多问题，如激光毛化纤技术正在宝钢、本钢等大型钢厂推广，将改变我国汽车覆盖件的钢板完全依赖进口的状态，激光标记机与激光焊接机的质量、功能、价格符合国内目前市场的需求，市场占有率达90％以上。

存在的主要问题：

－－科研成果转化为商品的能力差，许多有市场前景的成果停留在实验室的样机阶段；

－－激光加工系统的核心部件激光器的品种少、技术落后、可靠性差。国外不仅二级管泵浦的全固态激光器已用于生产过程中，而且二级管激光器也被应用，而我国二极管泵浦的全固态激光器还处在刚开始研究开发阶段。

－－对加工技术的研究少，尤其对精细加工技术的研究更为薄弱，对紫外波激光进行加工的研究进行的极少。

－－激光加工设备的可靠性、安全性、可维修性、配套性较差，难以满足工业生产的需要。

三、“十五”目标及主要研究内容

1．目标

“十五”的主要工作是促进激光加工产业的发展，保持激光器年产值20％的平均增长率，实现年产值200亿元以上；在工业生产应用中普及和推广加工技术，重点完成电子、汽车、钢铁、石油、造船、航空等传统工业应用激光技术进行改造的示范工程；为信息、材料、生物、能源、空间、海洋等六大高科技领域提供崭新的激光设备和仪器。

2．主要研究内容

（1）激光加工用大功率CO2和固体激光器及准分子激光器的引进机型研究，提高国产机水平；同时开发和研制专用配套的激光加工机床，提高激光器产品在生产线上稳定运行的周期，力争在国内建立较全面的加工用激光器的生产基地。

（2）建立激光加工设备参数的检测手段，并进行方法研究。

（3）激光切割技术研究。对现有的激光切割系统进行二次开发和产业化，提供性能好、价格便宜的2－3轴数控CO2切割机，并开展相应的切割工艺的研究，使该工艺广泛用于材料加工、汽车、航天及造船等领域。为此应着重在激光器外围装置，如：导光系统、过程监测和控制、喷咀、浮动装置的设计和研制以及CAD／CAM等方面开展工作。

（4）激光焊接技术研究。开展激光焊接工艺及材料、焊接工艺对设备要求及焊接过程参数监测和控制技术研究，从而掌握普通钢材、有色金属及特殊钢材的焊接工艺。

（5）激光表面处理技术研究。开展维CAD／CAM技术、激光表面处理工艺、材料性能及激光表面处理工艺参数监测和控制研究，使激光表面处理工艺能较大幅度的应用于生产。

（6）激光加工光束质量及加工外围装置研究。研究各种激光加工工艺对激光光束的质量要求、激光光束和加工质量监控技术，光学系统及加工头设计和研制。

（7）择优支持2~3个国家级加工技术研究中心，开展激光加工工艺技术研究，重点是材料表面改性和热处理方面的研究和推广应用；开展激光快速成形技术的应用研究，拓宽激光应用领域。

第三篇：特种加工技术课程论文

《特种加工技术》课程论文

摘要：特种加工方法，是难切削材料、复杂型面、精细表面、低刚度零件及模具加工中的重要工艺方法。本文介绍了特种加工技术的特点、类别，并分别较深入地介绍了激光加工、电火花加工、电火花线切割加工技术的技术特点，原理和最新进展。并预测今后特种加工的发展方向，最后给予特种加工技术展望。

关键词：特种加工；电火花加工；电火花线切割加工；激光加工

前言

近年来，计算机技术、微电子技术、自动控制技术、国防军工和航空航天技术发展迅速，与此同时，高度、高韧性、高强度和高脆性等难切削材料的应用日益广泛，制造精密细小、形状复杂和结构特殊工件的求也在日益增加。社会需求与技术进步的结合促使特种加工技术不断进步和快速发展。所谓特种加工，是一种利用化学能、电能、声能、机械能以及光能和热能对金属或非金属材料进行加工的方法。其工作原理不同于传统的机械切削方法，即加工过程中工件与所用工具之间没有明显的切削力，工具材料的硬度也可低于工件材料的硬度。特种加工技术在国内外各行各业的应用中取得了巨大成效，它们有着各自的特点，特殊材料或特殊结构工件的加工工艺性发生了根本变化，解决了传统加工方法所遇到的各种问题，已经成为现代工业领域中不可缺少的重要加工手段和关键制造技术。[1]特种加工的特点

特种加工与一般机械切削加工相比，有其独特的优点，在某种场合上，它是一般机械切削加工的补充，扩大了机械加工的领域。它具有以下较为突出的特点。

（1）不用机械能，与加工对象的机械性能无关，有些加工方法，如激光加工、电火花加工、等离子弧加工、电化学加工等，是利用热能、化学能、电化学能等，这些加工方法与工件的硬度强度等机械性能无关，故可加工各种硬、软、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高强度、特殊性能的金属和非金属材料。

（2）非接触加工，不一定需要工具，有的虽使用工具，但与工件不接触，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使刚性极低元件及弹性元件得以加工。

（3）微细加工，工件表面质量高，有些特种加工，如超声、电化学、水喷射、磨料流等，加工余量都是微细进行，故不仅可加工尺寸微小的孔或狭缝，还能获得高精度、极低粗糙度的加工表面。

（4）不存在加工中的机械应变或大面积的热应变，可获得较低的表面粗糙度，其热应力、残余应力、冷作硬化等均比较小，尺寸稳定性好。

（5）两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工，其综合加工效果明显，且便于推广使用。

（6）特种加工对简化加工工艺、变革新产品的设计及零件结构工艺性等产生积极的影响。

特种加工的分类

与其它先进制造技术一样，特种加工正在研究、开发推广和应用之中，具有很好的发展潜力和应用前景。依据加工能量的来源及作用形式列举各种常用的特种加工方法。特种加工按照所利用的能量形式来分类，具体如下:（1）电、热能 电火花加工、电子束加工、等离子加工。（2）电、机械能 离子束加工。

（3）电、化学能 电解加工、电解抛光。

（4）电、化学能、机械能 电解磨削、阳极机械磨削。（5）光、热能 激光加工。

（6）化学能 化学加工、化学抛光。（7）声、机械能 超声加工。

（8）机械能 磨料喷射加工、磨料流加工、液体喷射加工。

目前，生产实用中应用最广的是电火花加工、电火花线切割加工、激光加工、超声加工和电化学加工技术。

电火花加工

电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM。1.电火花加工的工作原理

进行电火花加工时，工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。

电火花加工

在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成固体的金属微粒，被工作液带走。这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹，放电短暂停歇，两电极间工作液恢复绝缘状态。

紧接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿，产生火花放电，重复上述过程。这样，虽然每个脉冲放电蚀除的金属量极少，但因每秒有成千上万次脉冲放电作用，就能蚀除较多的金属，具有一定的生产率。

电火花加工

在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙的条件下，一边蚀除工件金属，一边使工具电极不断地向工件进给，最后便加工出与工具电极形状相对应的形状来。因此，只要改变工具电极的形状和工具电极与工件之间的相对运动方式，就能加工出各种复杂的型面。

工具电极常用导电性良好、熔点较高、易加工的耐电蚀材料，如铜、石墨、铜钨合金和钼等。在加工过程中，工具电极也有损耗，但小于工件金属的蚀除量，甚至接近于无损耗。

工作液作为放电介质，在加工过程中还起着冷却、排屑等作用。常用的工作液是粘度较低、闪点较高、性能稳定的介质，如煤油、去离子水和乳化液等。

2.电火花加工的主要特点

①能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件；

②加工时无切削力；

③不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；

④工具电极材料无须比工件材料硬；

⑤直接使用电能加工，便于实现自动化；

⑥加工后表面产生变质层，在某些应用中须进一步去除；

⑦工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。

电火花加工的主要用途是：①加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；②加工各种硬、脆材料如硬质合金和淬火钢等；③加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等；④加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。

3.电火花加工的应用领域及最新进展

它包括电火花型腔加工和穿孔加工两种。电火花型腔加工主要用于加工各类热锻模、压铸模、挤压模、塑料模和胶木膜的型腔。电火花穿孔加工主要用于型孔（圆孔、方孔、多边形孔、异形孔）、曲线孔（弯孔、螺旋孔）、小孔和微孔的加工。近年来，为了解决小孔加工中电极截面小、易变形、孔的深径比大、排屑困难等问题，在电火花穿孔加工中发展了高速小孔加工，取得良好的社会经济效益。当前，电火花加工机的各项工艺指标均已达到很高的水平，机床具有了优越的性能与强大的功能。在这种情况下，进一步发展就应该呈现出新的特点。电加工技术的发展趋势归纳为五化：精密微细化、智能化、个性化、绿色环保化和高效化[2]。

研究表明，对于同一种金属材料，在电火花加工时，存在一个最佳脉冲参数组合。所谓最佳脉冲参数，是指在一定的表面粗糙度和工具电极损耗的前提下能获得的最高生产率。即随着加工电流的改变，存在一个最佳的加工电流值，低于或者超过这个最佳值，都会降低加工速度；在其它电规准不变的情况下，随着脉冲宽度的改变，也存在一个最佳的脉宽值，低于或者超过这个最佳脉宽值，都会降低电火花加工的速度。脉间减小，脉宽系数增大，加工速度提高。当设定的极间距离比常用的加工条件窄时，放电产生的加工液沸腾、气化膨胀使得放电通道周围介质可获得较大的流速，有效地利用这种原理，将加工屑、析碳等从极间排出去。这样做可减小脉冲间隔时间，增加放电频率，促进放电生成物的排出，提高加工效率。上海交通大学系统地研究了使用该方法的放电加工特性，在峰值电流为60A，脉冲宽度为200μs，脉宽系数为80%，平均极间距为47μm时，即使不采用定时抬刀，仍然可以将放电生成物顺利排极间，从而实现高效率放电加工[3]。

采用工作液中加入气体的方式，以提高电火花加工效率是近几年的研究热点之一。日本的M.Kunieda 等采用水作工作液，并向工作液中通入氧气，可以观察到更大的放电凹坑和更加频繁的放电，加工速度也相应提Kunieda 等又以氧气作工作介质，研究了气中放电三维铣削加工，最大加工效率达12.2mm3/min，是同样加工条件下普通电加工铣削效率的6倍[4]。此外，利用非燃性工作液或在工作液中加入添加剂的电火花加工可成倍提高加工速度。日本的三菱电机公司、Sodick 公司相继开发了利用水基工作液的电火花成形加工机，在水基工作液中加工钢材，在相同的平均加工电流下，其加工速度比煤油工作液高出2～3 倍。

日本的国枝正典等人，在研究电火花加工放电位置检测技术的基础上，进行了放电位置的可控性研究。其试验原理基于对放电等效回路的分析，可以在纳秒数量级内获得优先击穿的几率[5]。这一研究进展对于电火花加工 的过程控制可能带来非常深刻的影响，很有可能将过去被动的控制策略变成为主动控制策略，从而不必依赖延长放电停歇时间来保证间隙消电离，避免放电集中导致的拉弧等有害放电。这样不仅可以保证加工更加稳定，而且可以大幅度提高加工效率。

为实现高效电火花加工，全面推动电火花加工设备的技术进步，在采用先进控制系统的同时，机床结构的设计也需要进一步完善，其研究进展主要表现在以下几方面：以往直线电机主要用在加工中心上。目前，直线电机在沙迪克公司生产的EDM和WEDM机床上已广泛使用。直线电机的使用，满足了EDM加工高速响应的特别要求。最大驱动力高达3000N，速度可100m/min，最大加速度达1g 以上。能消除由于电蚀产物未排除而发生的集中放电，二次放电间隙不均匀等现象也得到极大的抑制，从而改善了加工质量，提高了加工效率[6]。在驱动方式上，过去常以滚珠丝杠驱动工作台。近年来，不断探索采用新型的驱动方式，如具有快速响应的电磁式线性驱动装置、压电元件和磁致伸缩振子驱动装置等的应用已成为一种发展趋势，这些都有利于电火花加工速度的提高[7]。

在工作液循环过滤系统设计中，优化结构设计，最大限度地发挥工作液在加工过程中的辅助功能，以获得生产率最高的最佳加工效果。在这方面应敢于创新并进行相应的实验尝试，不断改进优化设计方法，通过将研究成果应用于生产实践，全面提高电火花加工的加工性能。比如苏州电加工机床研究所叶军所长等人发明设计的一种高效放电铣削加工的高效冷却及排出蚀除物方法，其特征在于加工中将浸泡冷却、内冲液冷却及排出蚀除物、外包液冷却及排出蚀除物三种冷却方式有机组合，有效地解决了高效放电铣削加工中冷却和排除蚀除物的难题，对高效放电铣削加工工艺的发展和应用具有实际意义[8]。

综上所述，加工过程的高效化就是提高电火花加工的效率，它不仅体现在单位放电脉冲蚀除材料量的大小上，而且体现在采用新型高效的加工工艺和改进电火花加工控制系统、工作液循环系统、机床结构等对电火花加工放电效果的影响上。电火花加工中，在保证加工精度的前提下，应提高粗、精加工效率，同时应减少辅助加工时间，包括编程时间、工件装夹时间、维修时间等。

电火花线切割加工技术

电火花线切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，简称WEDM），有时又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。

1.电火花线切割加工的基本原理

工件安装在工作台上，工作台通常由X轴和Y 轴电动机驱动。工具电极（电极丝）为直径0.02～ 0.3毫米的金属丝，由走丝系统带动电极丝沿其轴向移动。走丝方式有两种：①高速走丝，速度为9～10米/秒，采用钼丝作电极丝,可循环反复使用；②低速走丝，速度小于10米/分，电极丝采用铜丝，只使用一次。脉冲电源加在工件与电极丝之间，一般工件接正极，电极丝接负极。工件与电极丝之间用喷嘴喷入工作液(乳化液、去离子水等)。控制系统根据预先输入的工作程序输出相应的信息，使工作台作相应的移动，工件与电极丝靠近。当两者接近到适当距离时(一般为0.01～0.04毫米)便产生火花放电，蚀除金属。金属被蚀除后工件与电极丝之间的距离加大，控制系统根据这一距离的大小和预先输入的程序，不断地发出进给信号，使加工过程持续进行。2.电火花线切割加工的主要特点

电火花线切割加工除具有电火花加工的基本特点外，还有一些其他特点： ①不需要制造形状复杂的工具电极，就能加工出以直线为母线的任何二维曲面。

②能切割0.05毫米左右的窄缝。

③加工中并不把全部多余材料加工成为废屑，提高了能量和材料的利用率。④在电极丝不循环使用的低速走丝电火花线切割加工中，由于电极丝不断更新，有利于提高加工精度和减少表面粗糙度。

⑤电火花线切割能达到的切割效率一般为20～60毫米2/分，最高可达300毫米2/分；加工精度一般为±0.01～±0.02毫米，最高可达±0.004毫米；表面粗糙度一般为Rα2.5～1.25微米,最高可达Rα0.63微米；切割厚度一般为40～60毫米，最厚可达600毫米。

3.电火花线切割加工的应用领域及研究进展

电火花线切割加工主要用于模具制造，在样板、凸轮、成形刀具、精密细小零件和特殊材料的加工中也得到日益广泛的应用。此外，在试制电机、电器等产品时，可直接用线切割加工某些零件，省去制造冲压模具的时间，缩短试制周期。近年来电火花线切割加工无论在加工过程控制,还是改进加工工艺方面都取得了许多新的进展。主要表现在突破了许多传统观念的束缚,产生了一些新的加工方法,以及一些新的控制和检测方式,这些进展既提高了加工质量,也提高了加工效率,不仅可在去离子水中加工,也可在其他混粉电介质溶液中加工,大大扩展了这一技术的应用领域。

对于电火花线切割加工,特别是加工阶梯状的工件,断丝和加工不稳定始终是降低加工效率的主要因素。传统的方法是针对工件最薄处来设置加工参数,然而,这样虽然降低了断丝的可能性并保持了

稳定的加工,却大大降低了加工速度。因为很难在线得到工件的厚度并设置合适的加工参数,因此发展了许多近似数学模型来估计工件的厚度。这些模型表示了放电能量和材料去除率之间的关系,其中模型系数通过大量的实验获得。然而这样的静态数学模型只适用于加工厚度逐渐变化的工件,对于厚度突然增加或者减少的工件却不适用。为此,一个多输入的动态和随机模型被用来描述平均间隙电压,放电频率和机床进给速度之间的关系[9-10 ]。对于iso 能量型的电火花线切割机床,有研究者提出了特定放电能量的概念。电火花加工过程涉及许多因素,从放电能量的观点看,每一个放电都是一个能量输出,能量分布在工件、电极丝以及在材料去除中的有效能量消耗上。它受许多因素的影响,比如:工件和电极丝之间的间隙、喷流压力、电介质的导电性以及放电持续时间等;对于典型波形的放电电压和电流,可计算出单次放电能量以及单位时间内的放电能量。考虑到放电过程中的非正常放电(电弧放电或短路)以及实际用于材料去除的能量所占总能量的比率,可得出有效放电功率;而被定义为去除单位体积材料的特定放电能量,不但与有效放电功率有关,还受到间隙宽度、工件高度以及电极丝进给速度的影响。因此,可得出材料去除量与放电频率之间关系的等式。其中的系数与文献[9]中不同,前者与放电持续时间、特定放电能量、放电效率、间隙宽度以及正常放电比率有关,而后者只是放电频率的函数,当工件高度改变时加工特性也发生改变,因此在估计到工件高度之前,很难得到正确的厚度辨识系数。由于影响高度辨识参数的值涉及许多变量且数量庞大,很难在线全部检测到,所以为了简化厚度辨识过程,首先用文献[9]中等式辨识出工件厚度,然后乘上一个修正因子,就得到了最终辨识工件厚度,而修正因子是初始辨识到的工件厚度的函数。实践证明[11] ,这种辨识工件厚度的方法是可行的、精确的,辨识误差小于1 mm ,并能很快完成。

在电火花线切割加工过程中,虽然电极丝被施加了特定的张力以尽量保持电极丝的直线性,但由于丝的柔韧性,不可避免地会在加工过程中产生一定的延迟,特别是在丝的中部。文献[12]提出了一种结合摄像机和CCD 的技术来测量电极丝经过工件时的偏差,这样,就可建立电极丝的偏差模型,用合适的方法来控制拐角切割,提高零件的加工精度。

在电火花线切割加工中,放电间隙状态对于伺服控制以及脉冲电源的自适应控制是一个很重要的依据。目前广泛应用的固定阀值法很难用来测量非矩形间隙电压波形,文献[13]提出了浮动阀值法来检测间隙电流和测量与间隙峰值电流成比例变化的电压阀值,这样就可以在线实时地区分3 种不同的放电状态(开路、放电和短路)。

激光机工

激光加工是20世纪60年代发展起来的。它扩展了光为人类服务的领域，加深了人类对光的认识。激光加工在再制造业同样有其不可替代的地位。激光加工用于再制造业是由相变硬化发展到激光表面合金化和激光熔覆，由激光合金涂层发展到复合涂层及陶瓷涂层，从而使得激光表面加工技术成为再制造的一项重要手段。它主要是采用高功率激光器及其系统。但目前我国激光在此领域的应用技术尚不成熟。主要表现为：高档激光加工系统少； 主力激光器不过关；微细激光加工装备缺口较大；而这些领域我国的生产加工企业正在积蓄力量稳步进入，国内应用市场有很大发展空间。国内各类制造业接受了激光加工技术，使他们的产品加快产品更新的速度。

1.激光机工的基本原理

激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金 属）的原理进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一种加工新技术，涉 及到光、机、电、材料及检测等多门学科。

公认的激光加工原理是两种：分别为激光热加工和光化学加工(又称 冷加工)。激光热加工指当激光束照射到物体表面时，引起快速加热，热力把对 象的特性改变或把物料熔解蒸发。热加工具有较高能量密度的激光束（它是集中的能量流），照射在被加工材料表面上，材料表面吸收激光能量，在照射区域内产生热激发过程，从而使材料表面（或涂层）温度上升，产生变态、熔融、烧蚀、蒸发等现象

光化学加工指当激光束加于物体时，高密度能量光子引发或控制光化学反应的加工过程.冷加工具有很高负荷能量的（紫外）光子，能够打断材料（特别是有机材料）或周围介质内的化学键，至使材料发生非热过程破坏。这种冷加工在激光标记加工中具有特殊的意义，因为它不是热烧蚀，而是不产生“热损伤”副作用的、打断化学键的冷剥离，因而对被加工表面的里层和附近区域不产生加热或热变形等作用

2.激光加工的特点

①由于激光加工热影响区域小，光束方 向性好，其几乎可以加工任何材料。常用来进行选择性加工，精密加工。

②由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面 直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而 且不会产生噪音。

③由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工 可应用到不同层面和范围上。

3.激光加工的应用领域及研究进展

国内工业激光设备企业和研制生产概况自上世纪90年代开始，随着市场经济快速发展，国内出现了许多从事研制、生产和经营激光器和激光加工设备的公司。按现代企业制度建立 的这些新兴公司（企业），经营理念完全定位于市场经济，在市场中找生机，发挥企业优势，择优而用，满足用户要求,通过融资，壮大财力,吸纳海内外技术优势，通过各种渠道，形成 自家的技术优势和服务于用户的产品优势。激光加工的应用现状 激光加工的应用现状激光加工是激光应用最有发展前途的领域，现在已开发出20 多种激光加工技术。激光 的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很 大，特别适用于自动化加工。激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适 时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。目前已成熟的激 光加工技术包括：激光切割技术、激光焊接技术、激光打标技术、激光快速成形技术、激光 打孔技术、激光去重平衡技术、激光蚀刻技术、激光微调技术、激光存储技术、激光划线技 术、激光清洗技术、激光热处理和表面处理技术。

由于激光可以通过聚焦而获得高密度能量(106～108 J / cm2),瞬间可使任何固体材料熔化甚至蒸发,因此从理论上说可以用来加工任何种类的固体材料。事实上,激光一经发明,人们首先想到用其来对宝石这类采用常规方法难以加工的材料进行孔加工。目前,激光已经广泛用于各类材料的孔加工和切割,如进行木模板的激光切割和石油管道的激光切缝等。

激光焊接与常规焊接方法相比,具有如下一系列优点[14]:利用激光的高密度能量,可对高熔点、难熔金属或两种不同金属材料进行焊接,也可对非金属材料进行焊接(如玻璃的焊接);加热速度快,作用时间短,热影响区小,热变形可以忽略;属于非接触焊接,无机械应力和机械变形;激光焊接装置容易与计算机联机;可在大气中焊接,无污染等。因此,激光焊接在工业上获得广泛应用。激光表面改性技术包括:激光表面相变硬化、激光表面合金化与熔覆、激光表面非晶化与微晶和激光冲击强化等[15]。利用激光表面改性技术可以极大地提高零件表面的机械、物理和化学性质,现在已经广泛应用于工业生产。

例如经激光表面硬化的AISI1045 钢样品,其表面硬度HRC 为55 ,磨损10 h 后所产生的质量损耗为0.6～1.4 mg;而在相同试验条件下,未经处理的AISI1045 钢的硬度HRC 仅为35 ,质量损耗为4.18 mg ,经激光表面硬化后的样品耐磨性能提高3～6 倍。在我国,激光表面硬化已广泛应用于汽车缸套、活塞环、曲轴、凸轮轴及锭杆等易损件的处理加工中,特别是对小汽车缸套的热处理已取得明显经济效益, 经激光表面硬化的汽车缸套可提高使用寿命2～3 倍。

激光刻蚀在微电子行业可用于半导体器件和芯片的加工,也可用于精密光学器件的加工,如用激光刻蚀加工半导体芯片和三维光栅。利用激光的高密度能量,可对硬脆性难加工材料进行激光铣削加工(如利用脉冲激光铣削加工硬质合金和氧化铝陶瓷)。利用脉冲激光还可以对轧辊进行毛化,经过毛化的轧辊轧制的汽车簿板具有着油漆牢固的特点[16];另外还可以利用激光对钢套等零件进行毛化,大大提高其耐磨寿命。

自20 世纪90 年代初美国3D Systems 公司开发出世界首台商品化的快速成形系统装置以来,快速成形技术得到蓬勃发展。快速成形(Rapid Pro2totyoing ,简称RP)通过材料堆积,快速、精密地制造出实际零件,它体现了计算机辅助设计、数控、激光加工、新材料等学科和技术的综合利用[17]。它不需要借助其他设备和工具,迅速和精确地制造出复杂的工模具、模型和工艺品。激光快速成形技术主要有激光层叠法、粉末烧结法、光固化法等。

早在1977 年,美国麻省理工学院材料科学与工程系科学家Haggerty 博士就发明了陶瓷粉末的激光合成法[18],现已发展到广泛利用激光来制造金属和非金属材料纳米粉。激光清洗可使物体表面污垢通过吸收光能而蒸发去除,或在表面产生力学共振而使污垢凝结脱落。激光清洗可用来清洗微电子芯片、设备的剥漆,以及对古董、字画进行除垢等。

特种加工存在的问题

虽然特种加工已解决了传统切削加工难以加工的许多问题，在提高产品质量、生产效率和经济效益上显示出很大的优越性，但目前它还存在不少亟待解决的问题。

（1）不少特种加工的机理（如超声、激光等加工）还不十分清楚，其工艺参数选择、加工过程的稳定性均需进一步提高。

（2）有些特种加工（如电化学加工）加工过程中的废渣、废气若排房不当，会产生环境污染，影响工人健康。

（3）有些特种加工（如快速成形、等离子弧加工等）的加工精度及生产率有待提高。

（4）有些特种加工（如激光加工）所需设备投资大、使用维修费高，亦有待进一步解决。

特种加工的发展趋势

广泛采用自动化技术、利用计算机实现对特种加工设备的控制系统、电源系统的自动控制，建立特种加工的系统，这是当前特种加工的主要发展趋势，开发由不同特种加工技术复合而成的加工方法，如电解电火花加工、电解电弧加工等复合加工，以扬长避短提高经济效益和生产率，另外还应着重于新的工艺方法的研究，不断提高加工工艺水平。考虑到一些特种加工技术对环境的污染问题，必须要着重解决废渣、废气、废液的“三废” 转化问题，向“绿色” 工业及可持续发展工业转化。

参考文献

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第四篇：激光加工技术有哪些【详情】

激光加工技术有哪些

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激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性，对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工技术。激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。

激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，传统上看，它的研究范围一般可分为以下9个方面：

1.激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统； 2.激光加工工艺。包括焊接、表面处理、打孔、打标、微调等各种加工工艺；

3.激光焊接：汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、心脏起搏器、密封继电器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半导体泵浦激光器；

4.激光切割：汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器；

5.激光打标：在各种材料和几乎所有行业均得到广泛应用，使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半导体泵浦激光器；

6.激光打孔：激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。激光打孔的迅速发展，主要体打孔用YAG激光器的平均输出功率已由400w提高到了800w至1000w。国内比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及钟表和仪表的宝石轴承、飞机叶片、多层印刷线路板等行业的生产中。使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主，也有一些准分子激光器、同位素激光器和半导体泵浦激光器；

7.激光热处理：在汽车工业中应用广泛，如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理，同时在航空航天、机床行业和其它机械行业也应用广泛。我国的激光热处理应用远比国外广泛得多。使用的激光器多以YAG激光器，CO2激光器为主；

8.激光快速成型：将激光加工技术和计算机数控技术及柔性制造技术相结合而形成，多用于模具和模型行业。使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主；

9.激光涂敷：在航空航天、模具及机电行业应用广泛。使用的激光器多以大功率YAG激光器、CO2激光器为主。

激光加工为工业制造提供了一个清洁无污染的环境及生产过程，而这也是当下激光加工的优势。技术特性

激光加工技术与传统加工技术相比具有很多优点，所以得到如此广泛的应用。尤其适合新产品的开发：一旦产品图纸形成后，马上可以进行激光加工，可以在短的时间内得到新产品的实物。

1、光点小，能量集中，热影响区小。

2、不接触加工工件，对工件无污染。

3、不受电磁干扰，与电子束加工相比应用更方便。

4、激光束易于聚焦、导向，便于自动化控制。

5、范围广泛：几乎可对任何材料进行雕刻切割。

6、安全可靠：采用非接触式加工，不会对材料造成机械挤压或机械应力。

7、精确细致：加工精度可达到0.1mm。

8、效果一致：同一批次的加工效果几乎一致。

9、高速快捷：可立即根据电脑输出的图样进行高速雕刻和切割，且激光切割的速度与线切割的速度相比要快很多。

10、成本低廉：不受加工数量的限制，对于小批量加工服务，激光加工更加便宜。

11、切割缝细小：激光切割的割缝一般在0.1-0.2mm。

12、切割面光滑：激光切割的切割面无毛刺。

13、热变形小：激光加工的激光割缝细、速度快、能量集中，因此传到被切割材料上的热量小，引起材料的变形也非常小。

14、适合大件产品的加工：大件产品的模具制造费用很高，激光加工不需任何模具制造，而且激光加工完全避免材料冲剪时形成的塌边，可以大幅度地降低企业的生产成本提高产品的档次。

15、节省材料：激光加工采用电脑编程，可以把不同形状的产品进行材料的套裁，大限度地提高材料的利用率，大大降低了企业材料成本。

不同激光技术又衍生出不同的激光器，例如，CO2激光器、固体激光器、光纤激光器和准分子激光器等等，它们在工业加工制作方面都起到了重要的作用。

而从地域发展情况来看，激光市场在亚太地区的长足发展是激光行业快速发展的又一大因素。中国、日本、韩国发展速度尤为突出。未来五年内，这些主要发展地区将在汽车制造、原始设备制造等方面获得更多发展空间。简介

激光切割分类:

1、汽化切割

工件在激光作用下快速加热至沸点，部分材料化作蒸汽逸去，部分材料为喷出物从切割缝底部吹走。这种切割机是无融化材料的切割方式。

2、熔化切割

激光将工件加热至熔化状态，与光束同轴的氩、氮等辅助气流将熔化材料从切缝中吹掉。

3、氧助熔化切割

金属被激光迅速加热至燃点以上，与氧发生剧烈的氧化反应（即燃烧），放出大量的热，又加热下一层金属，金属被继续氧化，并借助气体压力将氧化物从切缝中吹掉。

激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质

量。现代的激光成了人们所幻想追求的“削铁如泥”的“宝剑”。以CO2激光切割机为例，整个系统由控制系统、运动系统、光学系统、水冷系统、排烟和吹气保护系统等组成，采用先进的数控模式实现多轴联动及激光不受速度影响的等能量切割，同时支持DXP、PLT、CNC等图形格式并强化界面图形绘制处理能力；采用性能优越的进口伺服电机和传动导向结构实现在高速状态下良好的运动精度。

激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。在计算机的控制下，通过脉冲使激光器放电，从而输出受控的重复高频率的脉冲激光，形成一定频率，一定脉宽的光束，该脉冲激光束经过光路传导及反射并通过聚焦透镜组聚焦在加工物体的表面上，形成一个个细微的、高能量密度光斑，焦斑位于待加工面附近，以瞬间高温熔化或气化被加工材料。每一个高能量的激光脉冲瞬间就把物体表面溅射出一个细小的孔，在计算机控制下，激光加工头与被加工材料按预先绘好的图形进行连续相对运动打点，这样就会把物体加工成想要的形状。切割时,一股与光束同轴气流由切割头喷出，将熔化或气化的材料由切口的底部吹出(注：如果吹出的气体和被切割材料产生热效反应,则此反应将提供切割所需的附加能源；气流还有冷却已切割面，减少热影响区和聚焦镜不受污染的作用)。与传统的板材加工方法相比,激光切割其具有高的切割质量(切口宽度窄、热影响区小、切口光洁)、高的切割速度、高的柔性(可随意切割任意形状)、广泛的材料适应性等优点。

激光加工的优势

激光加工属于无接触加工,并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料。激光加工柔性大主要用于切割、表面处理、焊接、打标和打孔等。激光表面处理包括激光相变硬化、激光熔敷、激光表面合金化和激光表面熔凝等。

激光加工技术主要有以下独特的优点：

①使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益。

②可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工；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。

③激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件。

④可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料。

⑤激光束易于导向、聚焦实现作各方向变换，极易与数控系统配合、对复杂工件进行加工，因此它是一种极为灵活的加工方法。

⑥无接触加工，对工件无直接冲击，因此无机械变形，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。

⑦激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有或影响极小，因此，其热影响区小，工件热变形小，后续加工量小。

⑧激光束的发散角可<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10kW量级，因而激光既适于精密微细加工，又适于大型材料加工。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。

激光加工技术已在众多领域得到广泛应用，随着激光加工技术、设备、工艺研究的不断深进，将具有更广阔的应用远景。由于加工过程中输入工件的热量小，所以热影响区和热变形小；加工效率高，易于实现自动化。

激光加工要点

目前,激光切割机行业发展的非常好,而且激光切割机的技术越来越成熟,因此激光切割机被广泛使用在各个行业中,并且激光切割机还取代了传统的切割技术,并且激光切割机技术越来越靠拢国外的激光切割机技术,而今天迪能激光为大家详细介绍的是激光切割机的精密激光加工如何,希望对大家有所帮助.激光切割机的工作效率如何,关键就是激光加工技术；而且激光切割机的精密激光加工技术可以进行加工多种的工件,那是因为其在切割的时候是不需要与被切割工件直接接触的,所以激光切割机产生的高能量激光束可以自由的进行移动,因此让被切割工件的表面受热均匀,因此切割起来的精度非常高；而且精密激光加工技术可以切割所有的工件材料,无论是高熔点、高脆性以及高硬度等材料,并且切割的效果非常的好；由于激光切割机精密激光加工技术,因此深受广大用户的喜爱.激光切割机由于具有非常好的切割效果,因此取代了传统的切割技术,而且激光切割机的精密激光加工技术完全不像传统的切割技术那样,需要使用模具,使用不仅成本费用增多了,而且切割速度非常的慢,所以被大家慢慢的淘汰了；相信国内的激光切割机精密激光加工技术会发展的越来越好.国外激光加工技术及发展动态

以德国、美国、日本、俄罗斯为代表的少数发达国家，目前主导和控制着全球激光技术和产业的发展方向。

其中，德国Trumpf、Rofin-Sinar公司在高功率工业激光器上称雄天下；美国IPG公司的光纤激光器引领世界激光产业发展方向。欧美主要国家在大型制造产业，如机械、汽车、航空、造船、电子等行业中，基本完成了用激光加工工艺对传统工艺的更新换代，进入“光加工”时代。

经过几十年的发展，激光技术开辟了广阔的应用天地，应用领域涵盖通信、材料加工、准分子光刻及数据存储等9个主要类别。根据国外统计资料表明，2013年全世界总的激光销售超过1000亿元。其中全球激光器市场销售额较2013年增长6.0%，达到93.34亿美元。美国市场借助出口方面的出色表现有所增长；欧洲凭借德国的出口增长仅维持收支平衡；亚洲市场，东盟国家的增长抵消了中国的经济放缓以及日本的零增长。

国内激光产业发展现状

1.国内激光产业整体格局

国内激光企业主要分布在湖北、北京、江苏、上海及深圳等地，已基本形成以上述省市为主体的华中、环渤海、长三角、珠三角四大激光产业基地，其中有一定规模的企业约300家。

2014年我国激光产业链产值约为800亿元。主要包括：激光加工装备产业达到350亿元（其中，用于切割、打标和焊接的高功率激光设备占据了67%的市场份额）；激光加工在重工业、电子工业、轻工业、军用、医疗等行业的应用达到450亿元。预计在今后三年，我国激光产业平均行业复合成长率将不低于20%。

我国激光加工产业可以分为四个比较大产业带，珠江三角洲、长江三角洲、华中地区和环渤海地区。这四个产业带侧重点不同，珠三角以中小功率激光加工机为主，长三角以大功率激光切割焊接设备为主，环渤海以大功率激光熔覆和全固态激光为主，以武汉为首的华中地区则覆盖了大、中、小激光加工设备。这四大产业带中，以华中地区尤其是武汉中国“光谷”。武汉地区可以说见证了中国激光加工产业从无到有、从弱到强的整个历程，是中国激光产业发展的缩影

2.国内激光产业重点单位

激光技术在我国经过40多年发展，有了较为雄厚的技术基础，锻炼培养了一支素质较高的队伍。以中科院四大光机所及各部委所属研究机构和一批大学为代表，形成了我国激光器系统技术研究开发的重要力量，如华中科技大学、清华大学、北京工业大学等16个科研院所。在部分激光器研究开发的核心技术上，形成了5个国家级的激光技术研究中心，10多个研究机构。

我国激光产业企业有：武汉——华工激光、楚天激光、团结激光、金运激光、锐科激光；深圳——大族激光、光韵达激光、光大激光、联赢激光；北京——大恒激光、11所；华东——上海团结普林玛、南京东方等。我国激光行业的八大激光上市公司分别为华工科技、大族激光、金运激光、光韵达、福晶科技、新松机器人、利达光电及上海新南洋。

第五篇：《激光加工机器人 通用技术条件》GB

激光加工机器人 通用技术条件

GB/T20722-2006

激光加工机器人 通用技术条件

General specifications of laser processing robots

前言

本标准由中国机械工业联合会提出。

本标准由全国工业自动化系统与集成标准化技术委员会归口。

本标准起草单位：沈阳新松机器人自动化股份有限公司、北京机械工业自动化所

本标准主要起草人：董吉顺、徐方、杨书评。

本标准是首次制定。

激光加工机器人 通用技术条件

范围

本标准规定了激光加工机器人的技术要求、试验方法和检验规则等。

本标准适用于用激光对材料进行加工的激光加工机器人。

规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准a

GB/T191-2000 包装储运图示标志(eqv ISO 780：1997)

GB2893-2001 安全色(neq ISO 3864：1984)

GB2894-1996 安全标志(neq ISO 3864：1984)

GB/T4768-1995 防霉包装(neq IEC 68；1988)

GB/T4879-1999 防锈包装

GB4943-2001 信息技术设备的安全(idt IEC 60950；1999)

GB/T5048-1999 防潮包装

GB5226.1-2002 机械安全 机械电气设备第1部分：通用技术条件(IEC 60204-1：2000，IDT)

GB7247.1-2001 激光产品的安全 第1部分：设备分类、要求和用户指南(idt IEC 60825-1：1993)

GB11291-1997 工业机器人 安全规范(eqv ISO 10218：1992)

GB/T12642-2001 工业机器人性能规范及其试验方法(eqv ISO 9283：1998)

GB/T12644-2001 工业机器人 特性表示(eqv ISO 9946：1999)

GB18490-2001 激光加工机械 安全要求(eqv ISO 11553；1996)

GB/Z19397-2003 工业机器人 电磁兼容性试验方法和性能评估准则 指南(ISO/TR 11062：1994，IDT)

GB50169-2006 电气装置安装工程 接地装置施工及验收规范

JB/T8896-1999 工业机器人 验收规则

产品分类

3.1 按坐标型式分

a)直角坐标型激光加工机器人；

b)圆柱坐标型激光加工机器人；

c)球坐标型激光加工机器人；

d)关节型激光加工机器人。

3.2 按驱动方式分

a)伺服型激光加工机器人；

b)非伺服型激光加工机器人。

性能

4.1 激光加工机器人(以下简称机器人)的性能指标，应在产品标准中规定，应包括下列各项：

a)坐标型式；

b)轴数；

c)额定负载；

d)各轴运动范围；

e)工作空间；

f)最大单轴速度；

g)工作速度范围(为直接进行激光加工作业时所允许的最高、最低速度区间)；

h)位姿准确度；

i)位姿重复性；

J)位置超调量；

k)位姿准确度漂移；

l)位姿重复性漂移；

m)轨迹准确度；

n)轨迹速度准确度；

o)轨迹重复性；

p)轨迹速度重复性；

q)轨迹速度波动；

r)摆动偏差；

s)拐角偏差；

t)程序存储容量；

u)基本动作控制方式；

v)输入输出接口；

w)编程方式；

x)动力源参数及耗电功率；

y)外形尺寸及重量。

4.2 与机器人配套的激光设备，其主要技术性能和参数，应符合机器人激光加工工艺的要求。

技术要求

5.1 一般要求

5.1.1 机器人应按规定程序批准的设计图样和工艺文件进行制造。

5.1.2 制造机器人所用材料及外购元器件、部件，入厂时需经检验部门复检，并应符合有关标准规定。

5.2 外观和结构

5.2.1 机器人结构应布局合理，操作方便，造型美观，便于维修。

5.2.2 机器人成套设备中，所有紧固部分应无松动；活动部分润滑和冷却状况良好。

5.2.3 文字、符号、标志应清晰、端正。各轴关节处应标明轴号及其运动方向。

5.2.4 机器人表面，不得有裂缝、明显的凹痕和变形；漆膜及镀层应均匀，无起泡、划伤、脱落和磨损等缺陷；金属零件不应有锈蚀及其他机械损伤。

5.2.5 激光头夹持器应有防护机构。

5.3 功能

5.3.1 开关、按钮、显示、报警及联锁装置功能应正常。

5.3.2 操作机各轴运动平稳、正常。

5.3.3 各种操作方式中，指令与动作应协调一致。

5.3.4 电力线与信号线尽可能分开远离，并对信号线采用屏蔽、双绞等抗干扰措施。

5.3.5 电气设备在突然停电后，再恢复供电时，不得自行接通。

5.3.6 机器人停机开关、急停开关能使机器人停机，同时隔离激光束或者不再产生激光束。

5.4 安全

5.4.1 基本要求

机器人的安全除应符合GB11291外，还应符合GB18490的规定，特别是对激光辐射和有毒物料蒸汽的防护。

5.4.2 保护接地电路的连续性

机器人操作机，控制装置、动力源都必须有接地点。不能明显表明的接地点，应在其附近标注明显的接地符号保护导线截面积>6.0mm[sup]2[/sup]，引入来自PELV电源的50Hz低电压、10A电流至少10s时间，PE端子和保护接地部件各测试点间的最大实测电压降不应超过1.0V。PELV电源应符合GB5226.1-2002第6.4.2条的规定。

接地装置应符合GB50169的规定。

5.4.3 绝缘电阻

机器人控制装置动力交流电源电路与壳体之间绝缘电阻应不小于1MΩ。

5.4.4 耐电强度

机器人动力交流电源电路与邻近的非带电导体间，应能承受交流(50Hz)电压有效值1000V持续1min的耐电强度试验，无击穿、闪络及飞弧现象。

5.5 噪声

机器人在空载运行时所产生的噪声，应不大于70dB(A)。

5.6 连续运行

机器人在额定负载和工作速度下，连续运行120h，工作应正常。

5.7 工艺操作

按激光加工工艺要求，对机器人进行示教编程或离线编程和工艺操作，工作应正常。

5.8 电源适应能力

当供电电网电压波动，在额定电压的-15%~+10%范围内，频率为50Hz时，机器人工作应正常。

5.9 电磁兼容性

机器人的电磁兼容性应符合GB/Z19397-2003中第6.5条的规定。

5.10 环境条件

5.10.1 环境气候适应性

机器人在表1环境条件下使用、运输和贮存时，应能保持正常。其他项目由产品标准规定。

表1

5.10.2 耐振性

机器人的操作机、控制装置在受到频率为5Hz～55Hz，振幅为0.15mm的振动时，工作应正常。

5.11 耐运输性

机器人按要求包装和运输后，应保持正常。

5.12 可靠性

机器人的可靠性用平均无故障工作时间(MTBF)和平均修复时间(MTTR)来衡量，具体数值应在产品标准中规定。一般MTBF不小于5000h，MTTR不大于30min。

5.13 成套性

5.13.1 机器人应包括操作机、控制装置、动力源装置、连接电缆等成套设备。

5.13.2 机器人出厂时，应备有供正常生产使用的附件、维修用的备件及专用工具。

5.13.3 机器人出厂时，应提供特性数据表、技术说明书或操作、安装、维修说明书等技术文件以及产品合格证明书。

试验方法

6.1 试验条件

见JB/T8896-1999第5.1条。

6.2 外观和结构

按JB/T8896-1999第5.2条进行检查，应符合条件。

6.3 功能检查

见JB/T8896-1999第5.3条。

6.4 性能测试

6.4.1 各轴位移量测量

见JB/T8896-1999第5.4.1条。

6.4.2 工作空间测量

见JB/T8896-1999第5.4.2条和GB/T12644-2001第5.5条。

6.4.3 最大单轴速度

在额定负载条件下，使被测关节进入稳定工作状态，其他关节固定。令机器人被测关节以最大速度做最大范围的运动，测出速度的最大值。重复测量10次，以10次所测结果的平均值作为测量结果。

6.4.4 工作速度范围

在额定负载条件下，使各关节进入稳定工作状态，令机器人以指令速度做大范围的运动，测出机械接口坐标原点或工具中心点的速度。重复测量10次，以10次测得结果的平均值作为测量结果。

6.4.5 位姿准确度测量

见GB/T12642-200l第7.2.1条。

6.4.6 位姿重复性测量

见GB/T12642-2001第7.2.2条。

6.4.7 位置超调量测量

见GB/T12642-2001第7.5条。

6.4.8 位姿准确度漂移测量

见GB/T12642-2001第7.6条。

6.4.9 位姿重复性漂移测量

见GB/T18642—2001第7.6条。

6.4.10 轨迹准确度测量

见GB/T12642 200l第8.2条。

6.4.11 轨迹速度准确度测量

见GB/T12642 2001第8.6.2条。

6.4.12 轨迹重复性测量

见GB/T12642-2001第8.3条。

6.4.13 轨迹速度重复性测量

见GB/T12642-2001第8.6.1条和第8.6.3条的测量方法。

6.4.14 轨迹速度波动测量

见GB/T12642-2001第8.6.1条和第8.6.4条的测量方法。

6.4.15 摆动偏差测量

见GB/T12642-2001第11.1条。

6.4.16 拐角偏差测量

见GB/T12642-2001第8.5条。

6.5 电气安全试验

6.5.1 保护接地电路的连续性测量

见GB5226.1-2002第19.2条。

6.5.2 绝缘电阻测量

按GB 5226.1-2002第19.3条的要求检验，其结果应符合产品标准的要求。

6.5.3 耐电强度试验

见GB5225.1-2002第19.4条。

6.6 噪声试验

见JB/T8896-1999第5.7条。

6.7 连续运行试验

见JB/T8896-1999第5.6条。

6.8 工艺操作试验

在正常工艺条件下，按激光加工工艺要求，对机器人进行示教编程和离线编程，并启动机器人进行自动运行，工作应正常。

6.9 电源适应能力试验

见JB/T 8896-1999第5.8条。

6.10 电磁兼容性试验

见GB/Z19397-2003第6章。

6.11 环境气候适应性试验

见JB/T8896-1999第5.10条。

6.12 振动试验

见JB/T8896-1999第5.11条。

6.13 运输试验

见JB/T8896-1999第5.12条。

6.14 可靠性试验

由产品标准规定。

检验规则

见JB/T8896-1999第3章。

检验项目

见表2。

表2 标志、包装、运输和贮存

9.1 标志

9.1.1 机器人产品上应装有标牌，标牌上应包括下述内容：

a)产品名称；

b)产品型号；

c)动力源参数及耗电功率；

d)外形尺寸和重量；

e)生产编号；

f)制造单位名称；

g)出厂年、月。

9.1.2 警告标志

a)激光辐射警告标志，应符合GB7247.1的规定。

b)除GB7274.1对标记的要求以外，机器人在安装固定后，应该具有其他有关的注意事项和警告标志(如：本机器人工作时可能产生有毒的烟雾/颗粒物)。该标志的大小和位置应能使在危险区外面的人员安全、清楚地看到。标志的颜色、尺寸及印刷型式应符合GB2893和GB2894的规定。

9.1.3 包装标志

包装箱外表面上，应按GB/T191规定做图示标志。

9.2 包装

9.2.1 机器人在包装前，必须将操作机活动臂部分牢靠固定。

9.2.2 操作机底座及其他装置与包装箱底板牢靠固定。

9.2.3 控制装置应单独包装。

9.2.4 包装材料符合GB/T4768、GB/T4879、GB/T5048的规定。

9.2.5 若有其他特殊包装要求，应在产品标准中规定。

9.2.6 包装箱内应有下列文件：

a)特性数据表和产品合格证明书；

b)使用说明书及安装图或操作、安装、维修说明书；

c)随机备件、附件及其清单；

d)装箱清单及其他有关技术资料。

9.3 运输

运输、装卸时，应按9.1.3“包装标志”的规定标识方向放置，以保持包装箱的竖立位置，并不得堆放。

9.4 贮存

长期存放机器人产品的仓库，其环境温度为0℃～40℃，相对湿度不大于80%。其周围环境应无腐蚀、易燃气体，无强烈机械振动、冲击及强磁场作用。贮存期限及其维护要求由产品标准规定。

【发布日期】20061213

【实施日期】20070701