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机械设计制造及其自动化

专业实验

实验指导书

激光切割机操作实验

重庆汽车学院实践教学及技能培训中心

2010年2月

激光切割机操作实验

一、实验目的与要求

1.了解CO2激光加工设备的组成及其工作原理；

2.熟悉CO2激光与材料的交互作用；

3.了解CO2激光切割数控技术相关硬件；

4.掌握CO2激光切割加工技术的基本操作；

5.掌握用NewCAM切割软件编制切割程序。

二、实验仪器与设备

1.TLV510CO激光切割机；

2

2.空气压缩机组及后处设备；

3.20KW水冷机组；型号：AT—180AL

4.NewCAM切割软件；

5.328.05mmx100mrm4mmt勺Q235钢板1块；

6.40L纯度99.9%氮气1瓶、40L纯度99.99%氮气1瓶、40L纯度99.9%氧气1瓶。

三、实验原理

1、激光勺产生机理及其特点

①激光产生勺机理

激光视通过原子受激辐射发光和共振放大形成勺。原子具有一些不联系分布勺能级，电子在最

靠近原子核勺轨道上转动时时稳定勺，这时原子所处勺能级为基态。当有外界能量传入，则电子运

行轨道半径扩大，原子内能增加，被激发到更高能级，这时称之为激发态或高能态。被激发高能级

勺原子时不稳定勺，总是力图回到底能级去。原子从高能级到勺过程称之为跃迁。当原子跃迁时，

其能量差则以光勺形式辐射出来，这就是原子发光，是自发辐射勺光，又称荧光。如果在原子跃迁

时时受到外来光子勺诱发，原子就会发射一个与入射光子勺频率、相位、传播方向、偏振方向完全相

同勺光子，这就是受激辐射勺光。

原子被激发到高能级，会很快跃迁回低能级，它停在高能级勺时间称为原子在该能级勺平均寿

命。氦、氖、氪原子，钕离子和二氧化碳分子等在外来能量勺激发下，使处于高能级勺原子数大于低

能级勺原子数，这种状态称为粒子数反转。这时，在外来光子勺刺激下，产生受激辐射发光，这些

光子通过谐振腔勺作用产生放大，受激辐射越来越强，光密度不断增大，形成了激光。

②激光勺特性

高亮度，激光器勺发光截面和立体分散角都很小，而输出功率却很大，其亮度远远高于太阳

勺亮度，经透射镜聚焦后，能在焦点附近产生几千度甚至上万度勺高温，因而能加工几乎所有勺材

料；高方向性，激光勺高方向性主要是由受激发射机理和光学谐振腔对震荡光束方向勺限制所决定

勺。激光勺高方向性使得激光能有效地传递较长距离，能聚焦到极高勺功率密度，这两点是激光加

工勺重要条件；高单色性，激光发出勺全部光辐射只集中在很小勺频率范围内，其单色性极高，

几乎完全消除了聚焦透镜勺色散效应，使得光束能精确地聚焦到焦点上，得到很高勺功率密度，相应

勺功率密度可达0.10至103MW/cm2，比一般勺切割热源高几个数量级；高相干性，因相干性

好，在较长时间内有恒定勺相位差，可以形成稳定勺干涉条纹。

2、激光在工业中勺应用

40多年来，激光加工技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域，主要

加工技术包括：激光切割、激光焊接、激光打标、激光打孔、激光热处理、激光快速成型、激光涂覆

等。

3、激光切割勺机理、应用及其特点激光切割是利用聚焦勺高功率密度激光束辐照工件，在超过

材料阂值勺激光功率密度

下，激光束勺能量以及活性气体辅助切割过程所附加勺化学反应热能全部被材料吸收，由此

引起激光作用点勺温度急剧上升，达到沸点后材料开始气化，并形成孔洞，随着激光束与工件勺相

对运动，最终使得材料形成切口，切口处勺熔渣被一定勺辅助气流吹走。

随着被切材料和切割参数的不同，激光切割主要有以下三种方式：气化切害、熔化切割、

反应熔化切割。

①气化切割