四坐标激光加工系统设计(开题报告+说明书+装配图+外文文献)
一、课题背景、目的和意义
自1960年美国科学家梅曼研制出第一台红宝石激光器，随着世界科技与经济发展的需要．激光技术有了迅速发展，尤其近十几年来的发展更为迅速，从而也极大地促进了激光加工技术的更广泛应用。激光与普通光相比有4个特性，即：单色性(单一波长)、相干性、方向性和高光强。激光束易于传输．其时间特性和空间特性可以分别控制，经聚焦后可得到极小的光斑，具有极高功率密度的激光光束可以熔化、气化任何材料，也可进行局部区域的精密快速加工。加工过程中输入工件的热量小，热影响区和热变形小 加工效率高．易于实现自动化。激光技术是一门综合性高新技术．涉及光学、机械学、电子学等学科。同样，激光加工设备也涉及到众多学科．因而决定了它的高科技性和高收益率。纵观国际和国内激光应用场情况．经过多年来的研究开发和完善，当代的激光器和激光加工技术与设备已相当成熟，形成系列激光加工工艺。此外各种新的激光加工工艺还在不断涌现，从国际范围的实际应用比例来看，激光加工主要用于切割、焊接、表面处理、打标和打孔等。二文和三文激光切割占激光应用的65％ ，激光焊接占2O％左右，激光打孔、打标占1O％ 以下。而激光表面处理 包括激光相变硬化、激光熔敷、激光表面合金化和激光表面熔凝等 仅占5％左右。从国内激光加工技术的发展和应用来看 已有越来越多的用户认识到激光加工独特的优异性能和高柔性、高效率。目前 在航空航天领域、汽车制造业、开关行业、齿轮行业、铁路机车制造业和金属材料加工行业都早已普及了激光技术。
四坐标激光加工系统是一台具有较高精度的加工系统，由于激光加工它没有机械接触，因此，在加工过程中该系统几乎没有噪音和振动，在长时间加工的情况下精度仍能得到保证。精确聚焦的激光束可以加工出以往任何传统加工机床所能加工出的小孔。在做激光切割的时候，激光可达到较高的材料去除率。配备高功率的激光，该系统可加工任何高硬度、高熔点、极脆的难加工材料，精度也能得到很好的保证。加工出来的材料热变形小，加工质量高。可广泛应用于汽车配件、机床、航空、陶瓷等行业。
二、 激光加工的国内外发展现状和前景
1、市场发展状况
激光加工技术一直是国家重点支持和推动应用的一项高新技术，特别是政府强调要振兴制造业，这就给激光加工技术的应用带来了发展机遇。中国光学光电子行业协会激光分会的逐年统计显示，我国激光加工设备的年销售额一直呈高速增长态势(见图1)。2006年，激光加工设备的销售额已超过20亿元。
据了解，激光切割技术的市场需求趋势良好。目前激光切割市场需求量大，在全球最大的板材加工展会上，展出的设备中切割技术占了65％ ，而激光切割又占其70％ 。我国的激光切割技术比国外先进国家要落后l 5 年左右，全球大功率激光切割设备年产约3500台，我国每年引进的只占3％，目前日本约有l5000台设备，而我国只有6 0 0 台，发展空间很大。毕业论文http://www.youerw.com/ 论文网http://www.youerw.com/
在国外，根据瑞士Optech咨询公司的市场分析官员的最新统计数字。20o5年全球激光材料加工系统的市场销售额创历史最高记录，达到48亿欧元。比2004年的46．5亿欧元增长了3％（见图2)。
图2 2005年全球激光材料加工系统的市场销售额达到48亿欧元
激光材料加工系统市场基本分为2大类：激光宏加工系统市场和激光微加工系统市场。激光宏加工系统是指在切割、焊接和打标等应用中使用的各种激光器系统。通过分析2005年全球激光材料加工系统市场的销售数据可知：微加工处理用激光系统的市场销售额为11亿欧元，比2004年下降了11％；而宏加工处丝理用激光器系统的市场销售额为37亿欧元。比2004年增加了7％。将2005年宏加工处理用激光系统的销售数据再进一步细分发现：切割和焊接用激光器系统的市场销售额为26亿欧元：打标用激光系统的销售额为7亿欧元；其他应用类激光系统的销售额为4亿欧元。
2、市场前景
展望未来。预期2000 2010的后5年。激光材料加工系统的市场销售额每年都将会有2位数字的增长率．到2010年总销售额将会达到90亿欧元(见图3)。2006年是全球市场的增长年，按第1季度的销售收入计算，2006年开始就有个好兆头，激光宏加工和激光微加工处理系统的销售额都有所增长。
图3 到2010年，全球各类材料加工用激光器系统的市场销售状况
3、激光加工发展现状
目前二氧化碳(CO2)气体激光较为普及和先进，由于该激光是以CO2气体分子为介质，放电而产生的加工透镜激光，因而称为二氧化碳(CO2)气体激光。此类激光既能连续发光，又能脉冲发光，输出功率大，效率高。因而材料的切断加工几乎全部采用二氧化碳(CO2)气体激光。
现在世界上能够生产CO2激光器的主要厂家有日本的三菱电机公司、FNUC公司、松下公司等，德国的Rofin公司等。而生产CO2激光加工机的厂家有日本三菱电机公司、天田公司、马扎克公司、日平富山公司、德国的Trumpf公司、意大利Prima公司、瑞士Bystronic公司、澳大利亚HG Laser Lab公司等。目前，三菱电机公司的CO2激光加工机可实现全部关键设备自己生产，其他厂家还处于购买关键零部件、进行拼装的阶段。
（1）加工厚度
截止到2006年，CO2激光加工技术能够切割厚度在25mm以下的钢材，厚度在15 mm以下的铝材。较先进的三菱电机公司激光加工机的极限切割能力是：底碳钢32mm厚，不锈钢50mm厚，铝材25mm厚。
（2）加工速度
在切割速度方面，以1 mm厚的不锈钢板为例，在保证5O m精度的前提下，切割速度可以提高到2O m／min。如果切割非金属材料，比如说1 rain厚的亚克力材料，切割速度可以提高到85 rn，min以上。
（3）加工精度
各种切割方法的精度如图4所示，横轴是切缝宽度，竖轴是切割精度。越接近左下方的区域，表示加工精度越好。虽然激光加工的精度达不到线切割、放电加工的水准，但是加工速度却是线切割、放电加工的百倍以上。
图4 各种切割方法的精度
（4）加工成本
最初使用激光设备时，不仅激光加工机的本体价格昂贵，而且运转成本也很惊人。如图22所示，在1989年时，加工一个右上角所示形状所消费的运转成本(加工气费+激光气费+电费)是6元左右。到了1993年减少为3．4元左右。到了现在只需要2．8元而已。20年的时间，运转成本降低了一半。
图5 运转成本
（5）最新的加工技术1292
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