激光加工机床

激光加工机床，也称为激光束机床(laser beam machine tool)，是一种利用激光束进行材料加工的特种加工机床。它利用高强度的激光束对物质进行切割、打孔、焊接等加工操作，是制造业中高精度、高效率的加工工具。

激光加工机床主要由以下几个部分组成：

激光器：将电能转换为光能，产生所需的激光束。激光器是影响加工能力和质量的关键部件。

光学系统：包括透镜、反射镜等光学元件，用于将激光束聚焦并引导到工件上。

数控系统：根据加工工艺要求，控制机床的运动轨迹和激光束的参数，如功率、脉宽等。

机械系统：包括床身、工作台、传动机构等，用于支撑工件和移动激光束，实现加工过程。

辅助系统：如冷却系统、排风系统等，用于保证机床的正常运行和加工环境的稳定。

激光加工机床是一种利用激光束进行材料加工的高精度、高效率工具。其工作原理主要基于激光束与物质相互作用时产生的光热效应和化学反应，

激光加工机床具体工作过程如下：

1、激光束的产生与聚焦：

激光器将电能转换为光能，产生高强度、高方向性的激光束。激光束具有极高的能量密度，能够集中在一个非常小的光斑上。

通过光学系统(包括透镜、反射镜等)的聚焦和调焦作用，激光束被精确地引导到被加工材料的表面，形成一个极小的光斑。

2、光热效应与材料加工：

当激光束照射到材料表面时，光能被吸收并转换成热能，导致局部区域温度迅速升高。

高温使得材料表面发生物理和化学变化，如熔化、蒸发、氧化等。这些变化使得材料表面产生蒸发、氧化或熔融等效应，从而完成加工过程。

激光束的连续作用使得材料表面形成小凹坑，并逐渐扩大和深化，最终实现切割、打孔、焊接等加工目的。

3、加工过程的控制：

数控系统根据加工工艺要求，精确控制激光束的功率、脉宽、扫描速度等参数，以及机床的运动轨迹。

通过调整这些参数和轨迹，可以实现对加工过程的精确控制，保证加工精度和效率。

4、辅助系统的配合：

冷却系统用于降低激光器和光学系统的温度，防止过热对设备造成损害。

排风系统用于排除加工过程中产生的烟尘和有害气体，保持加工环境的清洁和安全。

一、激光加工机床的特点

1、高精度：

激光束可以聚焦成极小的光斑，实现微细和精密加工，如微细窄缝和微型孔的加工。这种高精度加工能力使得激光加工机床在制造高精度部件时具有显著优势。

2、高效率：

激光加工速度快，能够在短时间内完成大量加工任务。同时，激光加工属于非接触加工，无需刀具直接接触材料表面，避免了机械磨损和加工变形，进一步提高了加工效率。

3、灵活性高：

激光加工机床适用于多种材料的加工，包括几乎所有的金属和非金属材料，还可以加工玻璃、有机玻璃等透明体。此外，激光束易于导向和聚焦，可以实现各方向的变换，易于与数控系统配合，对复杂工件进行加工。

4、热影响区域小：

激光加工过程中，热影响区域相对较小，有利于保持材料的整体性能，减少加工后的变形和裂纹等问题。

5、环保节能：

激光加工过程中无需使用化学试剂和切削液，减少了环境污染。同时，激光加工机床的能耗相对较低，符合现代制造业的节能环保要求。

6、自动化程度高：

激光加工机床可以与自动化生产线集成，实现自动上料、加工、下料等全过程自动化控制，提高生产效率和产品质量。

二、激光加工机床的用途

1、电子行业：

用于印刷电路板(PCB)的精细加工、微型元器件的切割和焊接等工艺。激光加工的高精度和灵活性使得其在电子制造中占据重要地位。

2、汽车制造业：

激光加工机床在汽车制造中用于切割板材、焊接零部件、打标等工艺。激光焊接技术可以显著提高车身的强度和密封性，同时降低车身重量和制造成本。

3、航空航天领域：

激光加工机床在航空航天制造中用于加工高精度的航空部件和航空发动机零件等。其高精度和灵活性能够满足航空航天领域对零部件的严格要求。

4、医疗器械行业：

激光加工机床在医疗器械制造中用于制造高精度的人工关节、牙科设备等。激光加工的高精度和无接触特点能够确保医疗器械的精度和安全性。

5、其他行业：

激光加工机床还广泛应用于模具制造、工艺品加工、金属切割与雕刻等领域。其独特的加工能力使得激光加工机床在多个行业中都发挥着重要作用。

一、日常清洁与维护

1、除尘装置清理：

激光切割机除尘装置长时间使用会积累灰尘，导致噪声大、排气不畅等问题。需定期关闭电源，清理风机内的灰尘，包括入风管、出风管及风叶上的灰尘。

清理周期视使用情况而定，一般建议每三个月进行一次深度清洁。

2、机床内部清洁：

每周使用空气枪对机床内部的防尘罩、拖链、电气柜及钣金上的灰尘进行清理。

清理切割头罩内部的气路部件及切割头，注意使用较小的气压或保持一定距离，以防损坏。

3、导轨与齿条清理：

导轨和齿条是激光切割机的核心部件，需定期清理表面的油污和异物。建议每个季度使用柴油进行清洗，并涂抹齿轮润滑油。

二、关键部件维护

1、激光发生器：

每日启动前检查冷却循环水的工作压力和温度，确保在激光发生器要求的范围内。

定期检查机械泵内油位，不足时需及时添加。

检查油道、水道、供气系统有无渗漏，机械泵、谐振器等部件是否损坏。

2、冷却系统：

定期更换饮水机内的水，一般每两个月更换一次，建议使用纯净水或蒸馏水，水温保持在适宜范围内(如18-22°C)。

检查冷却水是否畅通，避免水管硬弯或脱落导致水泵故障。

3、光路系统：

定期检查镜片(如反射镜、聚焦镜)的污染情况，使用脱脂棉蘸乙醇轻轻擦拭镜片表面，避免损坏表面涂层。

聚焦镜片的拆装需小心，避免碰撞和用力过猛。

三、传动系统维护

1、润滑与检查：

定期检查X轴、Y轴、Z轴滑轨及滚珠丝杠的润滑脂充注情况，每周至少检查一次，确保各运动构件的润滑度。

定期检查设备油壶内的润滑油是否低于报警线，及时添加润滑油。

2、限位开关与支撑架：

定期检查限位开关支撑架及撞块支撑架螺丝是否松脱，确保机床的精度和稳定性。

四、其他维护事项

1、电器柜与排风扇：

定期清除电器柜排风扇滤网上的尘土，确保自然通风良好，以利于内部电气元器件排热。

2、支撑条与铁渣清理：

定期对支撑条的铁渣进行清理，防止工作台面的不平整影响切割精度。

清理工作台运行的导轨上的切割头废料及铁渣，减少设备交换台面运动时的问题。

3、环境控制：

保持车间环境的干燥、通风良好，环境温度控制在适宜范围内(如4°C至33°C)。

设备应远离电磁干扰源和大功率振动设备，以防止对设备造成影响。

五、记录与统计

定期统计机器的使用情况，对激光切割机的各个部件进行记录，以便及时发现潜在问题并进行维护。

一、设计与规划

1、设计图纸与编程：

根据加工需求，设计详细的图纸，并编写相应的加工程序。这一步是激光加工机床生产的基础，决定了后续加工的精度和效率。

使用CAD(计算机辅助设计)和CAM(计算机辅助制造)软件进行设计，确保设计的精确性和可行性。

2、材料选择与准备：

根据加工要求，选择合适的材料，并进行预处理，如切割成适当尺寸、去除表面油污和杂质等。

二、设备调试与准备

1、设备组装：

将激光发生器、光学系统、数控系统、机械系统等部件按照设计要求进行组装，确保各部件之间的连接紧密、稳固。

2、设备调试：

对激光加工机床进行调试，包括激光功率、速度、焦距等参数的调整，确保机床达到最佳工作状态。

进行试切、试焊等实验，验证机床的加工能力和精度。

三、加工过程

1、激光切割：

利用高能量密度的激光束对材料进行切割，实现高精度、高效率的切割过程。

根据加工程序，控制激光束的移动轨迹和参数，完成复杂形状的切割。

2、激光焊接：

利用激光束的热量使材料熔化并连接在一起，实现精密零件之间的焊接。

激光焊接具有热影响范围小、焊缝宽度小、表面光洁等优点，适用于制作精密件和微细零件。

3、激光打标与蝕刻：

在产品上直接使用激光刻画图案、符号和标识码，实现快速、准确、清晰的标记。

激光蝕刻则是对字符、图案等材料表面进行制作和加工，满足高精度和高质量的要求。

四、质量检验与后期处理

1、质量检验：

对加工后的产品进行质量检验，包括尺寸精度、表面光洁度、焊缝质量等方面的检查。

使用高精度测量仪器和检测方法，确保产品符合设计要求和质量标准。

2、后期处理：

对加工后的产品进行清理、热处理等后期处理，以提高产品的性能和使用寿命。

清理过程中注意保护产品表面，避免划伤和污染。

五、成品组装与测试

1、成品组装：

将加工好的零部件进行组装，形成完整的产品。

在组装过程中注意各部件之间的配合和紧固，确保产品的稳定性和可靠性。

2、测试与调试：

对组装好的产品进行功能和性能测试，确保产品符合使用要求。

对发现的问题进行调试和修复，直到产品达到满意的状态。

六、维护与保养

1、日常维护：

定期对激光加工机床进行清洁、润滑和检查，保持机床的良好状态。

检查并更换易损件和消耗品，如聚焦镜、反射镜、激光管等。

2、专业培训：

对操作人员进行专业培训，使其熟悉机床的操作规程和注意事项。

提高操作人员的技能水平和安全意识，确保机床的安全运行和高效生产。

一、安全操作注意事项

1、个人防护：

在观察激光加工时，必须佩戴专用防护眼镜，以防辐射光伤害眼睛。

严禁人体的任何部位处在激光束发射的方向上，避免激光灼伤肌肤。

穿戴好工作服和安全鞋，确保全身防护。

2、环境安全：

在激光束发射的方向上，不得放置任何易燃易爆物品，避免发生火灾。

在激光加工火花喷溅的范围内，不得有可燃物质，如棉纱、纸张及易燃液体等。

机床移动的范围内不得有障碍物，避免发生碰撞事故。

3、电源与接地：

禁止在没有接地的情况下启动机器，确保所有部件在静电损伤的情况下完全可靠。

当电压不稳定时，禁止使用激光加工机床，应使用稳压器。

4、专业培训：

激光加工机床为高精密特种加工设备，未经专业培训不得擅自动用。

操作人员必须经过专业培训，了解设备的安全操作规程和应急处理措施。

二、操作过程注意事项

1、开机前检查：

开机前检查各部件是否完好，如潜水泵是否脱水、循环水是否适中、水质是否干燥等。

检查各按钮是否能自动复位，按机床使用说明书的规定给相关部位加油。

2、加工过程监控：

在加工过程中，操作人员不得离开岗位，需实时监控机床运行状态。

注意观察加工状态，如有异常现象(如频繁短路、电压表读数跳动厉害等)，应立即停机检查。

3、遵守操作规程：

严格按照机床操作规程进行操作，不得随意更改加工参数或程序。

在加工过程中，禁止用手或其他方式接触正在旋转的主轴、工件或其他运动部位。

三、维护与保养注意事项

1、定期清洁：

定期清理机床内部的灰尘和异物，保持机床的清洁状态。

清理反射镜片和聚焦镜片，避免污染影响加工精度。

2、润滑与检查：

定期检查并加注各运动构件的润滑脂，确保机床的润滑度。

检查机床的电源线、超程开关和换向开关是否安全可靠。

3、冷却系统维护：

定期更换冷却水，确保水质和温度适中。

检查冷却水循环系统是否畅通，避免水管硬弯或脱落导致水泵故障。

4、专业维护：

对于机床的复杂故障或维护需求，应联系专业人员进行维修和保养。

四、其他注意事项

1、环境控制：

保持车间环境的干燥、通风良好，避免机床受潮或过热。

机床应远离电磁干扰源和大功率振动设备。

2、记录与统计：

定期记录机床的使用情况和维护情况，以便及时发现潜在问题并进行处理。

一、激光功率相关问题

1. 激光功率不足

故障原因：激光管老化、激光电源故障、光路系统污染或调整不当等。

排除方法：

检查并更换老化的激光管。

检查激光电源是否工作正常，必要时进行维修或更换。

清洁光路系统中的镜片，如反射镜和聚焦镜，确保光路畅通无阻。

重新校准和调整光路系统，确保激光束正确聚焦。

2. 激光功率过高

故障原因：激光功率设置不当、控制系统故障等。

排除方法：

调整激光功率至适当的设置范围。

检查并修复控制系统中的故障，确保功率输出稳定。

二、机械与传动系统问题

1. 机床机械零点丢失

故障原因：原点开关损坏、编码器数据丢失或机床回原点操作不当等。

排除方法：

使用机床自带的原点复归功能按钮恢复机床零点(如X、Y、Z轴)。

检查并更换损坏的原点开关。

重新设置机床原点参数，如通过修改机床参数1815等。

2. 传动部件磨损

故障原因：长期使用导致传动部件(如同步轮、轴承、传动轴皮带等)磨损。

排除方法：

更换磨损的传动部件。

定期检查并维护传动系统，确保各部件运行顺畅。

三、电气与控制系统问题

1. 控制系统软件问题

故障原因：软件缺陷、病毒感染、参数设置错误等。

排除方法：

升级或重置控制系统软件。

清除病毒感染，加强网络安全防护。

检查并修正控制系统参数设置。

2. 电源故障

故障原因：电源线缆连接不良、电源模块损坏等。

排除方法：

检查电源线缆连接是否牢固可靠。

更换损坏的电源模块。

四、切割与加工质量问题

1. 切割效果不好或切不穿

故障原因：功率设置偏小、光偏、镜片脏污、焦距不当等。

排除方法：

调整激光功率至适当范围。

校正光路系统，确保激光束正确聚焦。

清洁镜片，确保光路畅通。

重新校准焦距，确保切割深度符合要求。

2. 切割图形变形和重叠

故障原因：同步轮螺丝松动、电机线断、驱动器故障等。

排除方法：

紧固同步轮螺丝。

检查并更换断裂的电机线。

修复或更换故障的驱动器。

五、其他常见问题

1. 冷却系统故障

故障原因：冷却水不足、水管堵塞、水泵故障等。

排除方法：

补充冷却水至适当水位。

清理堵塞的水管和水泵。

更换故障的水泵。

2. 排气不畅

故障原因：离心式抽气机工作阻尼增大、气管老化破损等。

排除方法：

清理离心式抽气机内部的灰尘和异物。

更换老化破损的气管。