计算机辅助激光切割布局系统的研发

针对激光切割机切割板材的特点,开发了计算机辅助激光切割布局系统。论文介绍了计算机辅助优化布局的相关基本知识,阐述了计算机辅助系统的优化算法,描述了系统的界面,输入方式,使用方法;并利用开发的系统做了8组随机仿真布局试验,给出了两组布局方案图。试验结果表明:利用开发的系统可以快速生成材料利用率高的优化布局图。按照布局图对板材进行布局设计,可以大大提高材料的利用率,降低生产成本,提高企业利润。     

三明治金刚石锯片激光切割工艺研究

针对三明治金刚石锯片基体材料的特点,采用Rofin DC025板条CO2激光切割系统,深入研究φ350mm锯片基体切割工艺,分析了激光功率、切割速度、辅助气体等因素对切口质量的影响,获得了一套优化的切割工艺参数.结果表明;与普通钢相比,三明治材料的激光切割需要更高的功率、气体压力、较小的速度.     

22SiMn2TiB装甲钢激光切割试验研究

针对切割后的板料表侧面质量差,拼焊时因两板间隙产生挂渣、过烧和熔滴等问题,对5mm厚的22SiMn2TiB装甲钢进行了激光切割实验研究,讨论了激光功率、切割速度、离焦量、喷嘴孔径和辅助气体压力等5个工艺参数对切割后板料表侧面质量影响的规律。实验结果表明:激光切割22SiMn2TiB装甲钢时,调整上述5个工艺参数在合理范围内时,未产生挂渣、过烧和熔滴等缺陷。最后通过工艺优化得到了激光切割22SiMn2TiB装甲钢最佳工艺参数为切割速度2 000mm/min、激光功率2 200 W、离焦量1mm、喷嘴孔径1.5mm、辅助气体压力0.15 MPa。     

响应面分析法优化低碳钢薄板激光切割工艺参数

为了研究光纤激光加工工艺对Q235低碳钢薄板切割质量的影响，采用500 W光纤激光切割机对0.7 mm厚低碳钢板切割质量影响规律进行了研究。采用中心复合设计(Central Composite Design, CCD)进行实验设计，使用超景深显微镜对切割试样的切缝宽度和挂渣高度进行测量。实验结果表明：切缝宽度的大小主要由激光功率、切割速度、辅助气压力和离焦量决定；挂渣高度的大小主要决定于激光功率、切割速度、离焦量和辅助气压力。建立评价切缝宽度和挂渣高度与工艺参数之间的回归模型，并对模型进行目标优化。结果表明，工艺参数组合为激光功率450 W,切割速度9 m/min,离焦量0 mm,辅助气压力0.564 MPa时可获得最优的切割质量。     

少无废料激光板材切割技术

采用少无废料激光板材切割技术,可以大幅度地提高材料利用率,缩短切割时间,提高生产效率。激光切割路径优化算法和板材的无搭边排样技术是少无废料激光板材切割的关键技术问题。文章研究了少无废料激光切割路径优化原则,在此基础上,研究了少无废料激光切割编程技巧,并结合纺机板材的激光切割实践,进行了少无废料激光板材切割技术研究,结果表明,采用少无废料激光切割技术,材料利用率可10%~30%,切割长度可减少5%~10%。     

共边排样件激光切割路径的规划

排样软件的应用使材料利用率得到了很大提高，然而后续切割软件若不能保证有效地切割零件、保证零件质量及提高生产率，则排样软件在材料利用率上获得的收益将丧失。基于图论学理论，建立了规则与非规则零件共边排样时激光切割路径规划的数学模型，给出了在充分考虑加工质量、加工效率、制造成本情况下的激光切割路径优化目标：打孔点最少以及切割中割嘴空行程最短。提出了满足激光切割工艺要求的三个切割路径优化算法：用于求解理想情况下共边切割路径优化问题的一个新的欧拉回路算法；基于奇度顶点完全图最小权最大匹配算法来求解一般情况下共边切割路径优化问题的算法；利用废料区域进一步减少打孔点的处理策略与求解算法。给出了各种算法的运行实例，验证了所提出的算法的有效性。     

基于BP神经网络的光纤激光切割切口粗糙度预测

为了研究工艺参量对光纤激光切割切口质量的影响,进行了切割T4003不锈钢试验,分析了工艺参量与切口质量之间的关系。采用基于误差反向传播算法的人工神经网络,建立了激光功率、切割速率、辅助气体压力等工艺参量与切口粗糙度之间的预测模型。对切割试验采集的训练样本进行了网络训练,并利用测试样本对训练模型进行验证。结果表明,随着激光功率增加,切口粗糙度增大;随着切割速率和辅助气体压力增加,切口粗糙度减小。神经网络预测模型精度较高,网络训练效果良好,预测值与试验样本值间的最大相对误差为2.4%。训练后检验精度较高,检验样本最大相对误差仅为6.23%。该模型可有效预测激光切割切口表面粗糙度,同时为合理选择及优化工艺参量,提高激光切割质量提供试验依据。     

光纤激光切割铝合金薄板工艺特性研究

为了探究光纤激光切割铝合金的工艺特性,开展了光纤激光切割2mm厚度AA6061铝合金工艺实验,系统研究了激光功率、切割速度、辅助气压等工艺参数对切割质量的影响规律。在优化工艺参数条件下可以获得根部挂渣小于0.1mm、切面粗糙度小于3μm,且拼合后无肉眼可见间隙的切缝。当激光功率为3.0kW时,光纤激光获得优质切缝的切割速度可达9m/min。结果表明,增大激光功率至3.0kW,提高切割速度至6m/min,升高喷嘴间距至0.5mm或增加辅助气压至1.1MPa后,挂渣量降至0.1mm以下,最小为20μm。当切缝表面粗糙度通常约为3μm,可得到的最小热影响区宽度为10μm。最后,基于线性回归法建立的数学模型,模型预测值和实测值吻合良好。     

陶瓷激光切割技术的研究现状与思考

介绍了硬脆性陶瓷激光切割技术研究的若干新进展,着重从工艺角度系统地分析总结了激光加工陶瓷减少热损伤的4大类型:传统工艺的优化参数法、多道切割法、应力引导控制裂纹切割法以及辅助切割法.结合实际研究经验,针对陶瓷不同薄厚类型及三维切割需求,提出了目前该技术所需解决的主要问题及相关思考.     

分层实体制造激光头切割路径的建模与优化

分层实体制造(LOM)技术中分层制造时间是由该层的切割速度与切割路径确定的，当切割工艺参数(如：切割功率、切割速度)确定之后，每一层制造的时间是由该层切割(扫描)路径确定的。因此优化切割(扫描)路径对提高成型效率有重要意义，而分层实体制造技术中激光切割路径优化的实质是空行程路径的优化。建立了切割路径空行程路径优化的数学模型。由于求解该模型的复杂性，采用了分级规划的两个分步算法：首先用改进的最近邻域算法求解轮廓边界线上的切割起点，然后当切割点确定后把路径优化问题归结为旅行售货员问题(TSP)，采用了高效的智能仿生算法一蚁群系统算法来求解。运行结果表明，该算法显著缩短了分层制造中的空行程，提高了快速原型制造的效率。     

基于轨迹变换法降低激光切割尖角“烧蚀率”的研究

针对常规的氧助激光切割带有尖角(≤30°)图形的中低碳钢板材过程中存在的尖角"烧蚀率"很高的问题,采用Rofin DC025板条CO2激光切割机系统,在优化的激光切割工艺参数的条件下,通过轨迹变换的方法,在3mm厚的A3钢板上切割出多种带有尖角(≤30°)图形。系统研究了激光切割尖角图形的切割轨迹及参数对尖角"烧蚀率"的影响。结果表明,采用圆心在所切割尖角角平分线上,且通过该尖角顶点的圆形切割轨迹可大大降低激光切割尖角"烧蚀率"。且对于不同尖角大小(≤30°)该轨迹圆都存在一个最优补偿半径可把尖角"烧蚀率"控制在10%以内,获得理想的切割效果。     

UV激光切割覆盖膜炭化问题影响因素研究

采用一种新颖的技术即在光路中首次使用光束整形器切割覆盖膜,明显的减轻了炭化现象。研究了激光切割工艺参数,抽风系统,激光器和切割材料对切割覆盖膜炭化的影响。研究表明:快的切割速度,高的激光频率,低的激光功率,可以减轻炭化。改进抽风系统,不同的激光器和切割材料,可以减轻炭化。本文研究的炭化影响因素为实际应用提供了理论和实验依据。     

激光划切硅工艺的探讨

划切主要分为砂轮和激光划切两种,而激光划切因其相干性好、方向性强、单色性好、划切效率高的特点,被广泛应用于半导体器件的划切工艺过程中。激光划切主要有红外划切及紫外划切两种工艺,又因为紫外光波长较短,频率较高的特点,使得划切时连续性更好,划切宽度更窄。通过大量的紫光划切工艺实验,建立了紫光划切工艺的最优频率、功率、划切速度等基本工艺,并把此工艺应用于实际生产过程中,取得了较为理想的效果。     

长脉宽激光切割聚晶立方氮化硼工艺研究

为了获得聚晶立方氮化硼（PCBN）最优的激光切割质量和切割效率,依据烧蚀直径和入射激光脉冲能量的函数关系,得出PCBN烧蚀阈值为1.796J/cm2。采用Nd:YAG激光器对型号为BN250的PCBN进行切割试验,分析了切割速率、激光功率以及脉冲频率对切割质量的影响规律。通过切缝的显微观测对比,总结出不同激光工艺参量下PCBN缝宽的变化趋势。结果表明,对于脉宽为100μs的激光,当激光功率为28W、脉冲频率为60Hz、切割速率为20mm/min时,能够获得PCBN激光切割的最优切缝和较高的切割效率。该工艺方法和数据的建立,对今后PCBN或其它超硬材料的激光加工有着重要参考价值。     

双束CO2激光切割玻璃的实验研究

为了寻求更加有效的激光切割玻璃的方法,提高玻璃的切割质量,在激光热应力切割玻璃的基本原理的基础上,比较了单束聚焦CO2激光与单束非聚焦CO2激光切割玻璃的优劣,提出了双束CO2激光热应力切割的方法.先用一束低功率聚焦的CO2激光在玻璃表面划线.而后用非聚焦的CO2激光沿着该划线进行扫描,在热应力的作用下使玻璃沿着该划线分离,从而实现玻璃的切割.实验分析了单束和双束CO2激光热应力切割玻璃的切割效果.结果表明,相对于单束CO2激光切割的方法,利用双束CO2激光进行玻璃的切割,既可以保证切缝沿既定方向扩展又可以提高切面的光洁度,是一种比较理想的玻璃切割方法.     

激光切割工艺的自适应研究

本文介绍了作者在进行激光智能加工的研究中,激光切割工艺的自适应的实现方法。首先从计算机的待加工工件的CAD图形中,找到加工的尖拐角处,再通过试验研究了切割速度与激光功率的动态关系,使激光切割过程中激光功率随切割速度的改变做相应的改变,避免拐角处的热积累,能够做到直接切割拐角轮廓,而不会过热,获得了满意的切割效果,可以实现激光智能切割。     

Implementation Method of Cutting Simulation Based on Transient Display and Delay Adjustment Strategy

In the light of the problems that exist in the current cutting algorithms: first, the number of tetrahedron elements increases as the cutting goes on, which leads to the decrease of the algorithm efficiency. Second, the topology structure is constantly updated during the cutting process, which leads to the stutter phenomenon in cutting display. In this paper, a cutting simulation implementation method based on transient display and delay adjustment strategy is proposed. Firstly, the feature points in the original path are screened by the feature criterion function, and the feature path is established. Then, by using the concept of minimum sum of square defined in this paper, the optimal path of the separation is found with the help of feature path points, and the pseudo effect of cutting is directly displayed by designing the transient display module. The delay adjustment is carried out in the cutting gap, and the topology separation in the delay adjustment is implemented by the node offset spread algorithm and the duplicate removal process with timeliness. Finally, the advantages and feasibility of the cutting algorithm proposed in this paper are verified by practical tests. The test results show that the transient display algorithm proposed in this paper takes about 20 ms. With the number of triangular patches increasing, the growth rate of transient display time remains low. The cutting simulation is implemented by using transient display and delay adjustment strategy, which greatly improves the simulation efficiency.     

基于ObjectARX的激光切割数控自动编程系统开发

数控自动编程是数控系统向集成化、智能化发展的重要环节，对提高数控程序编制效率、可靠性和降低数控编程人员工作难度具有重要作用。针对LCM-408激光加工机床，基于AutoCAD平台的二次开发工具ObjectARX及Visual C++建立了图形交互式激光切割自动编程系统。采用Polyline图形实体描述激光切割路径，实现了Polyline的顶点和凸度等图形信息的自动提取，通过图形实体的AcDbExtent对象获取并计算出激光切割区域最小包络矩形的宽度和高度。为避免某些材料在激光切割过程中发生“过烧”现象，实现了激光切割元件轨迹的元件起割切入和最后切出部分的自动生成。并采用交互式依次选取切割元件，以及对切割元件进行分组的方法确定多个切割元件的切割顺序，并将相应的图形信息、加工路径信息等转换为相应的数控代码。通过激光切割轨迹的静态模拟初步实现了数控代码程序的校验。