任务3-2激光打孔设备讲解.doc

乡激光加工设备教学单元设计7am项目3激光切割设备任务2激光打孔设备授课班级上课时间年 月日第 节上课 地点所需 课时2教学目标能力（技能）目标知识目标了解激光打孔工艺，培养爱岗敬业的奉献 精神了解激光打孔成套设备重点 难点及 解决 方法重点：了解激光打孔成套设备难点：了解激光打孔工艺解决方法：1通过实物观摩，增强学生的直观印象，为解决本单元的教学重点打好基础。2、通过观摩和讲解，并用多媒体手段，突破本课的难点。4卄 参考 资料王中林.激光加工设备与工艺M.武汉：华中科技大学出版社，2011.郑启光激光加工工艺与设备M.北京：机械工业出版社，2010.王秀军激光加工实训技能指导（下册）M.武汉：华中科技大学出版社，2014教学 设计 基本 框架第一部分：组织教学和复习上次课主要内容（时间：分钟）提问：1.简述CQ激光切割机的结构及各部分作用。2. 简述几种CO激光器的主要特性。3. 激光切割设备的割炬必须满足哪些条件？第二部分：学习新内容【步骤一】 说明主要教学内容、目的（时间： 分钟）1 、了解激光打孔成套设备2 、了解了解激光打孔工艺。【步骤二】 新知识的引入（时间：分钟）一台激光打孔设备通常由用激光器、光学传输与变换系统、观测与定位系统、控制系统、精 密机床、电源等组成。下面就让我们一起探究激光打孔设备和工艺。【步骤三】新知识学习（时间：分钟）知识点一：激光打孔用激光器激光器是激光打孔设备的重要组成部分，它的主要作用是将电源系统提供的电能以一定的转换效率转换成激光能。按激光器工作物质性质，可分为气体激光器和固体激光器。用于打孔的气 体激光器主要有二氧化碳激光器，而用于打孔的固体激光器主要有红宝石激光器、钕玻璃激光器 和YAG激光器。二氧化碳激光器有许多独特的优点，它的转换效率高于其它激光器，可以为许多非金属材料 （如有机玻璃、塑料、木材、多层复合板材、石英玻璃等）所吸收。更为重要的是，二氧化碳激 光器与其他激光器相比，可以进行大功率输出。当与其他技术配合时，可以实现高速打孔，最高 速度可达100孔/秒，这是其他激光器很难做到的。固体激光器以其独特的优点在激光打孔中得到广泛的应用。它的主要优点是：（1）输出波长短。由于大多数材料特别是金属材料对光的吸收存在波长越短吸收率越高的规律，因此，在功率 相同的条件下，加工同一种材料，固体激光器比二氧化碳激光器的加工效率高的多。（2）输出的光束可用普通的光学材料传递，如光学玻璃、石英玻璃等。可以将显微镜、投影仪等目视观察 系统与激光器输出导光系统同轴安装，以实现对加工点的对焦、定位及对加工过程出现的情况进 行实时监控。（3）整机体积小，使用维护方便，价格低于二氧化碳激光器。情景展示：用课件展示激光打孔设备。设问：激光打孔设备的种类有哪些？ 知识点二：光学系统光学系统由导光系统（包括折反镜、分光镜、光导纤维及耦合元件等）、观察系统及改善光 束性能的装置等部分组成。具备功能为：改变激光器输出光束的传输方向，将激光引导到指定的加工部位上，这主要由光学系统中的 45°棱镜或全反镜完成。对激光器输出光束进行整理和聚焦，以实现在打孔点上获得具有足够高功率密度的激光光斑,这是通过聚焦透镜来实现。聚焦原理如图所示。激光束聚焦原理1-激光器；2-光阑；3-聚焦物镜由图可知，因fl v f2，贝U div d2。故欲减小光斑直径，必须减小焦距。而减小焦距会减小光学 系统的工作距离，很可能造成系统的前端聚焦透镜在加工时被不断产生的蒸气和液滴所损坏。因 此，若要在相当大的工作距离内把散光束聚焦成一个直径仅几微米的光斑，必须在长焦距物镜前 安装一个望远系统，以改善光束的方向性。这一措施可以保证在相当长的工作距离内把光束聚焦 成一个直径仅为数微米的光斑。望远系统如图所示。用望远系统减小焦平面上的光斑直径1-激光器；2-望远系统；3-聚焦物镜；4-加工表面 设置光阑改善光束性能。光阑可起选模、限模的作用，也可控制改变脉冲能量的功能。尤其 在微细孔加工时，光阑在光学系统中是不可缺少的。可通光阑控制，改变脉冲能量的大小，提高 激光打孔的圆整度，这种方法也被称为投影法，图5-18为投影打孔光路示意图。光阑放置要求与激光束精确同轴，否则激光束的能量和孔形的圆度要受到影响。1-双分离透镜；2-光阑；3-聚焦物镜；4-加工工件（4）利用光学系统中的校正观察装置，在加工前对工件的被加工部位及激光束的焦点位置进行 校准；在加工中跟踪、观察全过程；在加工后简单评估加工结果。这部分光路一般可由望远镜、 投影仪或工业电视组成。注意必须保证观测系统的光轴与激光束的光轴及聚焦物镜的光轴三轴完 全重合，以保证打孔点与观测点的一致性。情景展示：用课件展示激光打孔光学系统。 思考：激光打孔设备望远镜系统的工作原理。知识点三：激光打孔用机床激光打孔用机床简单又通用的形式为三维机床。两维运动在水平面，以X、Y表示，两坐标轴相互垂直，第三维 Z轴与X-Y平面垂直。每一维可通过步进电机带动滚珠丝杠在直线滚珠导轨 上运行，步进电机可由 PLC定位单元控制，它的精度由丝杠的精度和滚珠导轨的精度确定。如果 配以微处理机系统，三维机床就可以完成平面内各种孔及一定范围内群孔的激光加工。当需要在 管材或桶形材料进行系列孔的加工时，机床应具有五维功能，除了前面提到的三维以外，增加的 两维是X-Y平面360度的旋转，我们定义它为 A轴，X-Y平面在Z方向上的0-90度倾斜，我们定 义它为B轴。这样多种类型的激光打孔加工，五维工作台都能胜任。在需要节省设备投入的情况 下，可将B轴的数控改为手动。这样既能节约资金，也基本能完成所有的打孔任务。情景展示：用课件展示激光打孔用机床工作过程。【步骤四】总结（时间： 分钟）由于激光具有高能量，高聚焦等特性，激光打孔加工技术广泛应用于众多工业加工工艺中， 使得硬度大、熔点高的材料越来越多容易加工。了解激光打孔设备的工作原理。（时间：分钟）第三部分：布置作业、说清楚作业的要求1、激光打孔成套设备主要包含哪些？2、简述激光打孔机操作过程。