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KINCO 伺服在激光切割上的应用
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发表于： 11:41:20 楼主
KINCO 伺服在激光切割上的应用
从1960年发明激光至今，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。中国作为世界制造大国，中国在以激光为本的材料加工领域有巨大的潜力可挖。
本文主要结合KINCO高性能伺服，浅谈其在激光切割机上的成功应用。
二、 基于KINCO伺服控制系统的激光切割机特点
与原先应用三相步进电机的激光切割机对比，切割精度、定位速度、重复定位精度明显提高，不存在用三相步进电机容易丢脉冲的现象，KINCO伺服刚性强，不存在过冲的现象。
三、 激光切割机的工作原理
激光切割技术可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。脉冲激光适用于金属材料，连续激光适用于非金属材料，后者是激光切割技术的重要应用领域。
与国际上激光加工系统相比，我国的激光加工系统差距甚大，仅占全球销售额的2%左右。主要表现为：高档激光加工系统很少，甚至没有；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。
使用激光雕刻和切割，过程非常简单，如同使用电脑和打印机在纸张上打印。您可以在Win98/Win2000/WinXP环境下利用多种图形处理软件，如PHOTOSHOP、CoreDraw、文泰、田岛、AutoCad等进行设计，扫描的图形，矢量化的图文及多种CAD文件都可轻松地&打印&到加工工件上。唯一的不同之处是，打印将墨粉涂到纸张上，而激光雕刻是将激光作用到木制品、橡胶、纺织物、皮革、亚克力、塑料板、金属板、石材等工件上，几乎含盖所有的非金属材料。
* 点阵雕刻 点阵雕刻酷似高清晰度的点阵打印。激光头左右摆动，每次雕刻出一条由一系列点组成的一条线，然后激光头同时上下移动雕刻出多条线，最后构成整版的图象或文字。扫描的图形，文字及矢量化图文都可使用点阵雕刻。
* 矢量切割 与点阵雕刻不同，矢量切割是在图文的外轮廓线上进行。我们通常使用此模式在木材、亚克力、纸张、纺织品、皮革、等材料上进行穿透切割，也可在多种材料表面 进行操作。
*雕刻速度： 雕刻速度指的是激光头移动的速度，通常用IPS（英寸/秒）表示，但日常加工过程中，我们普遍用&米/分钟&来表示激光速度。而该速度对于特定的激光管来说，也并非越快越好，就目前国产激光管可达到最高速度为0-150米/分，甚至更高。但有效雕刻切割速度（即可满足用户最终加工工艺之速度）也只保持在0-36米/分内升浮，这随生产厂家专业技术决定其有效加工速度。高速度带来高的生产效率。速度也用于控制切割的深度，对于特定的激光强度，速度越慢，切割或雕刻的深度就越大。您可利用雕刻机面板调节速度，也可利用计算机的控制软件来调节。步进科技先进的运动控制系统可以使您在高速雕刻切割时，仍然得到超精细的加工质量。
四、 工艺要求及设备特点
工艺要求：定位速度：100mm/s.
重复定位精度：&0.02mm.
最大切割速度：1mm不锈钢18mm/s.
切割精度：0.001mm.
设备特点：
光路固定，通过工作台移动实现切割功能，可减少因激光线性偏振而引起的横向和纵向切割缝宽一致的问题，光路稳定，精度高。手动对焦，有红光预览功能；选用KINCO高精度伺服电机驱动和精密滚珠丝杆传动导向结构，定位精度高。最大切割速度：100mm/s，重复定位精度&&0.02mm；由光学系统、运动系统、控制系统、排烟系统、吹气系统、焦点定位装置等组成，配切割碎料汇集箱；立足于小幅面，高精度切割，最大切割范围：300mm&300mm；该系统切割软件支持DXP、PLT、CNC等图形格式，可分层设置不同的切割参数，通过降低输出激光功率或提高切割速度等参数也可实现激光雕刻的功能。
六、控制系统结构图如下：
经过调试、运行，各项性能指标均达到客户的要求，重复定位精度提高5倍，最大定位速度提高2倍，最大切割速度提高1.5倍（这与激光功率密切相关，切割薄产品时，更佳能发挥KINCO伺服电机的优势）。KINCO伺服电机在激光切割机上获得了成功应用。
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加TA为好友 发表于： 23:08:07 1楼
上面图中的运动控制卡是什么品牌的
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加TA为好友 发表于： 11:33:58 2楼
激光切割機對速度要求不高 精度也不高 跟步進有什好比較&& &關鍵技術在伺服電機嗎?!& &廣告成分較高
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加TA为好友 发表于： 19:28:32 3楼
引用笨鳥慢飛 的回复内容：激光切割機對速度要求不高 精度也不高 跟步進有什好比較&& &關鍵技術在伺服電機嗎?!& &廣告成分較高
那可能是说的激光雕刻机。现在国内外主要激光设备厂家都提供直线电机驱动的高速产品，而且激光设备中的切割机、快速成型机通常要求高响应速度，控制上要求一稳，二快，三才是准
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加TA为好友 发表于： 09:13:13 4楼
激光雕刻机 若採震鏡控制 那線速度才是最快 600M/min 如上貼手機面板 不到3 Sec可完成
多年前做的LED激光切割機 切割精度1um
作激光設備第一考量 是保護(安全) 尤其我司做的都是UV段激光 另外我司的控制器 控制上多叫他 快 狠 準
呵呵 在激光的應用上 我們的團隊 那可是世界級 日本都還想跟我們買技術
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加TA为好友 发表于： 10:04:49 5楼
真是个不错的产品！
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加TA为好友 发表于： 14:11:51 6楼
请问大功率金属激光切割机的伺服系统都有哪些厂家
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[0] [0] [4] [5] [0] [9] [1] [6] [11] [2]第34卷　第10期　2007年10月中　国　激　光Vol.34,No.10　October,2007　　文章编号:07)碳化硼厚板的激光切割工艺及其机制马南钢,王希军,丁华东,钱耀川,傅苏黎,胡木林
华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室,湖北武汉430074装甲兵工程学院装备再制造系,北京100072
摘要　介绍了碳化硼陶瓷加工中存在的主要问题,将激光技术应用于加工碳化硼陶瓷上,研究出一种新型加工方法,设计出两种有效的激光切割方法并对碳化硼陶瓷进行切割。在实验基础上分析了激光加工参数对加工的影响,采用扫描电镜(SEM)对各种激光切割工艺的断口进行分析和讨论,提出激光加工碳化硼陶瓷的自行断裂机制。实验结果表明,在特定的功率下激光能够用来加工碳化硼陶瓷厚板。对于厚度为5.5mm碳化硼陶瓷板,Nd∶YAG激光平均功率为130W时,激光束沿同一位置重复走刀两次即可切断,最高切割速度可达到120mm/,无微裂纹切割。
关键词　激光技术;陶瓷加工;碳化硼;激光切割;工艺;机制
中图分类号　TG485　　　文献标识码　A
forThickBoronPlate
Nan2gang1,WANGXi2jun1,DINGHua2dong2,
QIANYao2chuan2,FuSu2li2,HUMu2lin1
1StateKeyLaboratoryofMaterialProcessingandDie&MouldTechnology
2HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan,Hubei430074,DepartmentofEquipmentRemanufactureEngineering,
AcademyofArmoredForceEngineering,Beijing100072,China
Abstract　Themainproblemsinboroncarbideceramicmachiningareintroduced,andthelasertechniqueisusedtomachineboroncarbide.Anewtechniquebyapplyingthelasertechnologytocutboroncarbideceramicwasdeveloped.Twokindsofcuttingmethodsforboroncarbidesweredesignedandtested.Basedonexperiments,theeffectoftechnicalparametersoncuttingqualityarediscussed.Thefractureinallkindsofcuttingprocessingwasanalyzedbyusingscanningelectronmicroscope(SEM)andtheself2rupturingmechanisminlasermachingboroncarbidecearmicisproposed.Experimentalresultsshowthatthelasertechonolgycanbeusedforcuttingthickboroncarbideplateswithspecificlaserpower.Intheexperiments,the5.5mm2thickboroncarbidecanbeseparatedbyNd∶YAGlaserwithpowerof130Wscanningalongthecuttingpathtwice,andthemaximumcuttingspeedcanreach120mm/min.Theboroncarbideceramiccanbecutwithoutanymicro2crack.
Keywords　mechanism
　　碳化硼陶瓷有许多优良性能,如密度小、熔点
高、高温强度好和很强的吸收中子能力等,是化学性
质最稳定的化合物之一[1]。在航空、航天、汽车、机
械、电子、化工及核工业等众多领域获得了广泛应
　　收稿日期:;收到修改稿日期:
　　基金项目:总装备部装备重点基金(6140505)资助项目。用[1～5]。但超高的硬度使其加工非常困难,从而限制了其发展。开发碳化硼加工的各种新技术,对推动碳化硼的应用发展有着深远的意义。由于陶瓷常温下几乎不呈现塑性变形,加工表面易产生裂纹
,导致其力学性能的降低;同时刀具的磨损严重、材料去
),男,湖北人,教授,博士,目前从事纳米轻金属、　　作者简介:马南钢(1962—特种陶瓷和无磁钢铁材料的研究。
E2mail:ngma@mail.
中　　　国　　　
激　　　光　　　　　　　　　　　　　　　　　34卷　
除率低,影响了加工效率。目前陶瓷坯料的切割主
要采用固定磨具(如金刚石锯片或带锯)及电火花切割法,但都存在许多问题。采用以高能量密度的激光作为“刀具”对其进行切割,即激光切割,具有非接触式加工、工件无污染、没有切削力、热影响小、加工速度快、能加工一些特殊面等优点[6～8]。
激光加工是利用高能量密度(108～1010W/cm2)的均匀激光束作为热源,在加工材料表面局部点产生瞬时高温,局部点熔融或气化而去除材料。
本文通过应用激光对碳化硼陶瓷厚板的实验研究,实现了超硬陶瓷厚板的高质量切割,揭示了其自断裂机制,为陶瓷材料的厚板切割提供了实验和理论指导。
化硼进行三线弯的压断实验(如图1所示)。
3　实验结果
3.1　工艺参数的初选结果
),脆性大,为了防碳化硼陶瓷熔点高(2450℃
止裂纹和氧化等缺陷发生,要选用特定平均功率和
切割速度的激光对碳化硼进行切割。初期的激光加工参数是在多次实验的基础上修改设定,采用多次循环切法,即用同一参数对同一位置进行多次切割,逐步切断试样。但是对同一位置进行切割太多时,会使试样的边缘出现较明显的崩塌等缺陷。
多次实验表明,重复切割次数3次为佳,一:脉冲宽度0.120～
2　实验条件和设备
　　4462mm×36.6.mm
GPa,综合成分的扫描电镜(SEM)能谱分析如表1。
表1碳化硼试样的成分
Table1CompositionsofboroncarbidesampleBoronCarbonOxygenSilicon
图2不同切割工艺所产生的切缝
Fig.2Notchsproducedbydifferent
machiningprocessing
　　激光器采用JH2Ⅵ型400W脉冲式Nd∶YAG激光器,压力机为60t万能实验机,显微组织和断口用环境扫描电镜Quanta200(FEI公司)分析,实验过程分为两种方式:
1)直接切断:选用特定平均功率和速度的激光对碳化硼进行切割并直接切断。
2)激光辅助切割:由于激光可能不会完全切开碳化硼,因此在激光切割一定程度后,沿着切痕对碳
实验发现,不同工艺参数得到的切缝在宽度、深度和质量上有明显差别。相同工艺参数,同一位置切割次数越多,切缝越深,陶瓷边缘崩塌越明显。最后确定的激光工艺参数为:脉宽0.15ms,脉冲频率15Hz,速度120mm/min(见图2中的第4条切缝),其切缝深度为0.8mm,宽0.3mm,循环切割两次。3.2　切割实验结果分析3.2.1　典型实验一
样品厚度6.08mm,加工参数:焦距100离焦量0氧气压力0.2MPa;速度120mm/脉宽0.3脉冲频率15Hz;平均功率58W。工艺过程:1)激光在碳化硼板的单面沿同一路径走刀两次切出一条切缝;2)用压力机将其沿切缝处进行压断,所用压力约为0.25t。实验结果:切缝宽约0.3mm,深为0.5被压断的地方有明显的撕裂现象,但是断口却光滑而且平整(见图3),板的切缝在图的下端,表现为一条黑线。
图1压断实验示意图
Fig.1Sketchmapforpressrupture
　10期　　　　　　　　　　　　　　马南钢等:
碳化硼厚板的激光切割工艺及其机制
图3典型实验一样品的断口形貌
Fig.3Fracturemorphologyforthesampleof
typicalexperiment1
图5典型实验五样品的断口形貌
Fig.5Fracturemorphologyforthesampleof
typicalexperiment5
3.2.2　典型实验二
3.2.6　典型实验六
样品厚度5.5mm,离焦量为6mm,其余加工参数不变。激光扫描过程为:两面各切一条线,以同样的参数重复切割两次;然后用压力机将其从切缝处压断,所用压力约为0.15t。实验结果:切缝宽而浅,宽为0.8mm,深为0.3mm,有少许氧化现象;较仅单面切割的样品易于压断(见图4)
样品厚度5.5mm,脉冲频率为30Hz,平均功率为85W,其余参数不变。激光扫描过程为仅单面切割,以相同的参数重复切割两次,然后用压力机将其从切缝处压断,所用压力约为0.t。实验结果:0.,并且有剥落。.图6是激光直接切割断裂的样品显微照片,激光切割参数同典型实验五,明显分为激光切割区和脆性断裂区。图6(a)中浅灰色部分为激光切割区,
图4典型实验二样品的断口形貌
Fig.4Fracturemorphologyforthesampleof
typicalexperiment2
3.2.3　典型实验三
样品厚度5.5mm,加工参数同实验一。激光扫描过程同实验二,然后用压力机将其从切缝处压断,压力约为0.2t。实验结果:切缝宽0.3mm,深0.5样品容易压断,与实验二样品相比,断口光
3.2.4　典型实验四
样品厚度5.5mm,离焦量为3mm,其余参数不变。激光扫描过程同实验二,然后将其从切缝处压断,所用压力约为0.2t。实验结果为:切缝较实验三稍宽,所用的压力和断口也没有明显的变化。3.2.5　典型实验五
图6直接切断样品断口扫描电镜照片
(a)宏观整体形貌;(b)界面形貌;(c)切割区微观形貌;(d)脆断区微观形貌
样品厚度5.5mm,平均功率提高至130W,其余参数不变。激光扫描过程为单面切割,以相同的参数重复切割两次。实验结果:激光沿同一条线切割两次后,碳化硼试样自行断裂,其断口工整(见图5)
Fig.6SEMphotosfordirectly2cutfracturesamples
(a)macro2(b)m
(c)micro2morphol(d)micro2morphologyofbrittlefracture
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