材料加工综合实验材加焊接e 5

脉冲Nd:YAG激光加工实验目的概述实验仪器实验操作说明实验步骤与注意事项实验报告要求1.实验目的（1） 了解Nd:YAG激光加工系统构成及其性能参数（2） 了解脉冲激光器各项参数的设定方法，掌握二维数控运动编程（3） 熟悉脉冲激光加工工艺参数的选择和调整（4） 初步掌握脉冲激光焊接工艺参数对最终成形质量的影响规律2.概述1）激光加工原理激光加工是将激光束照射到工件的表面，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。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。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。激光加工大体可分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。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。

2）激光加工特点激光加工过程的特点是高功率激光束作用于金属产生熔池，工艺质量的好坏与脉冲激光加工参数（包括脉冲能量、脉冲宽度、脉冲重复频率、离焦量等）不同导致的熔池内传热、流动及动力学过程密切相关。对于同一种金属而言，加工同样厚度的材料，脉冲短，所需功率密度高，热效率高。增加脉宽，所需功率密度低，热效率低。热影响区的大小与脉宽有关，脉宽越长，热影响区越大。因此，在薄片材料的激光加工中，除了适当的拉长脉宽增加加工参数范围以及提高焊接质量稳定性外，还需要考虑热影响区的大小。

3）激光加工应用

随着高新科技的飞速发展，激光技术在科研、工业、农业、医学和军事等国民经济各个领域及社会生活中的应用日趋广泛。目前已有固体、气体、液体、半导体等不同种类的激光器，波长从紫外光、可见光到红外光、远红外光。激光应用于材料加工，如：切割、焊接、打孔、热处理和微加工等，可大大提高工效和精密度。3.实验仪器

YAG固体激光器脉冲激光电源激光专用能却循环系统光学聚焦系统

数控工作台1）实验仪器激光专用能却循环系统YAG固体激光器脉冲激光电源光学聚焦系统数控工作台

脉冲Nd:YAG激光加工系统激光冷却系统操作界面4.实验操作说明1)激光电源操作说明

脉冲激光电源内部由单片机控制，是真正的数字电源，用户通过键盘对多种激光波形和参数进行编程。其技术指标如下：

1.控制电流：100A－250A2.脉宽：0.3ms-5ms3.激光频率：1HZ-150HZ

本机操作面板上有十六个LED数码显示器。左边九个是参数显示器，右边一排七个是功能显示器，其下是操作键操作面板功能显示器参数显示器1.1开机⑴合上隔离开关，按下开机键，数码管显示P，系统正常⑵按选项键，选择ON,按确认键开高压灯，二分钟后，机器鸣笛一声，数码管显示P,LED预燃灯亮，表明预燃成功⑶显示ON时，按数字键1，2，则分别显示U1－ON或者U2-ON,表示选择点一支灯工作。

1.2装载⑴按装载键，数码显示管显示L，进入装载状态，L旁的数字是该组激光参数的编号，编号范围1－99右边参数表示激光波形段数，系统允许段数1－15⑵装载状态下，按数字键调出不同的参数供用户选择，按确认键，参数显示器显示U1,U2,按选项键，显示在U1,U2之间切换，，或者按时间键，显示U1,H,U2，表示两灯交叉放光⑶在上述情况下，按确认键，机器鸣笛一声，L旁点亮，装载成功装载状态（已装载）1.3编程⑴按编程键，进入编程状态，功能显示器上显示P,按数字键，调出不同的参数组，按确认键，进入编程⑵按数字键，可设置不同的电流和脉宽，按选择键，可设置参数在电流和脉宽之间切换，按＋—键，可设置参数在各段之间切换，此时按编程，可增加段数，，或将相应的段上脉宽设置为0，按确认删除该段，再按确认键，频率框上的灯亮，⑶在上述情况下，再按确认键，频率框上的灯亮，按数字键设置出光频率，完成后，按确认键退出编程状态1.4删除⑴在显示ON或OFF时，按选择键，显示DEL，可将某个编号中的程序全部删除，按确认键后，进入删除状态，按数字键，可调出不同的参数。再按确认键，则当前编号内的所有参数删除，该组参数内所有参数为0。完成后，按选择键退出，一旦删除将不能在记起删除状态1.5关机⑴在高压接通的情况下，按选择键，功能数码管上显示OFF,此时按确认键，则关闭高压系统，5秒后，机器鸣笛一声，数码管显示P，LED预燃指示灯熄，主电源关闭⑵在主电源关闭的情况下，控制电路断电后，再拉开机器后面的隔离开关⑶为保证机器的正常工作，请用户严格遵守关机顺序关机状态2)CNC2000

数控系统操作说明

CNC2000数控系统由华中科技大学激光研究院开发，可在Windows98、Windowsme或者

Windows95下运行。2.1程序运行程序运行功能用于内存中的数控加工程序。⑴程序校验：用于校验程序中的语法错误。⑵空运行（试运行）：试运行中只移动工作台⑶运行整个程序：运行时执行所有的数控代码2.2手动操作⑴工作台手动操作：有X＋、Y＋、Z上升、X—、Y—、Z下降、工作台停、键盘移动等功能。键盘操作时可用→←↑↓PgUp,PgDn移动X,Y,Z轴⑵回零功能：包括X轴正方向回零、Y轴正方向回零、X轴负方向回零、Y轴负方向回零。⑶参数设置：参数设置功能有，运动参数设置、刀具半径补偿表、I/O端口设置，车床螺纹功能参数设置2.3AutoCAD图形文件转化可将AutoCAD生成的PTL文件转化生成数控加工程序，一般用于转换文字和任意曲线

采用数控方法加工零件，首先必须将被加工零件的工艺顺序、运动轨迹工艺参数等按其动作的顺序、用数控机床规定的代码程序格式编好加工程序，这个过程称之为程序编制。通常一个加工程序由若干程序段构成，而程序段又由一条或几条数控代码指令组成。在本系统中使用的数控代码有：3)CNC2000

数控系统编程说明3.1G代码

1.G00（或G0、g00、g0）功能：快速移动到终点格式：G00XaYbZc

说明：由直线向的起点向终点作一向量，

X方向的分量为a,向量在Y方向的分量为b,向量在Z向量在方向的分量为c,所以a、b、c是带符号的（单位：毫米）

编程时可省去XaYbZc中为零的项

2.G01（或G1、g01、g1）功能：直线插补格式：G00XaYbZc[Ff]Ef是可选项，f为工作台的运行速度，单位（毫米/秒）。如果在这一条代码指令前执行的代码指令规定了速度值，而此时不改动的话，本项可省略

3.G02（或G2、g02、g2）功能：顺时针圆弧插补格式：G00XaYbIdJe[Ff]

说明：X、Y、Z三项同G01

由圆弧起点向圆心做一向量，向量在X方向的分量为d,Y方向的分量为e.4.G03（或G3、g03、g3）功能：逆时针圆弧插补格式：同G02

说明：同G025.G04（或G4、g04、g4）功能：插入一段延时格式： G04Tt

说明：t为延时时间，单位：毫秒

6.刀具半径补偿G40、G41、G41

功能：G40－刀具半径（或长度）补偿取消

G41－左刀补

G42－右刀补格式：G40

G41G42

7.镜相功能（G24、G25）功能：G24－建立镜相

G25－取消镜相格式：G24x0

图形关于x轴对称

G24y0

图形关于y轴对称

G24x0y0

图形关于原点对称

8.缩放功能（G50、G51）功能：G51－指定缩放

G50－取消缩放格式：G51PG50P

说明：P：放大或缩小倍数

9.刀具补偿功能G40、G43、G44

功能：G40－刀具长度补偿取消

G43－正偏置

G44－负偏置格式：G40G43HhG44Hh

说明：h为刀补号——1、2、3

10.绝对、相对坐标编程G90、G91

功能：G90－绝对坐标编程

G91－增量坐标编程格式：G90G913.2M代码

M00

程序停止

M02

程序结束

M17

子程序返回

M07、M08

控制出胶/停胶

M07、M08

气阀2通/断

M92、M91

3.3其他

1.Q代码功能：表明子程序名格式：Qmn

说明：m、n均为一位十进制

2.L代码功能：子程序调用格式：Lmnpq

说明：m、n、p、q均为一位十进制数。表示连续调用Qmn子程序pq次3.4格式

L代码、Q代码必须单独作一行，其他的代码无此限制，但每行最多只允许65个字符。代码的各项之间、代码与代码之间可用空格、逗号或“Tab”隔开，也可以不隔开。大小任意写。本系统的基本图形有三种：直线、顺时针圆