学生工作页学习情境3金属切割.docx
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学生工作页学习情境3金属切割
学习情境3金属板材的激光切割
任务3-1激光安全与激光切割设备操作
学生工作页
班级光电08305班组号第1组组长祝李日期2010.10.20
组员名单：
祝李、张雄、张宇、姜辉、袁智取、陈志越、许满
指导老师：
王绍理刘勇成绩：
一、任务引导
1.简述激光切割机组成，及使用环境、场地要求。
答：
1激光电源——供给激光振荡用的高压电源。
2、数控装置——对切割平台和割炬的运动进行控制，同时也控制激光器的输出功率。
3、割炬——主要包括枪体、聚焦透镜和辅助气体喷嘴等零件。
4、割炬驱动装置——用于按照程序驱动割炬沿X轴和Z轴方向运动，由伺服电动机和丝杆等传动件组成。
5、切割工作平台——用于安放被切割工件，并能按控制程序正确而精确地进行移动，通常由伺机电机驱动。
6、操作盘——用于控制整个切割装置的工作过程。
7、激光振荡器——产生激光的主要设备
8、折射反射镜——用于将激光导向所需要的方向。
为使光束通路不发生故障，所有反射镜都要用保护罩加以保护。
9、气瓶——包括激光工作介质气瓶和辅助气瓶，用于补充激光振荡的工作气体和供给切割用辅助气体。
10、空气干燥器——用于向激光振荡器和光束通路供给洁净的干燥空气，以保持通路和反射镜的正常工作。
11、冷却水循环装置——用于冷却激光振荡器。
激光器是利用电能转换成光能的装置，如CO2气体激光器的转换效率一般为20%，剩余的80%能量就变换为热量。
冷却水把多余的热量带走以保持振荡器的正常工作。
2.简述激光切割机理及种类。
答：
激光切割是材料通过吸收激光能量而使其局部熔化，甚至汽化来完成材料的切割加工。
当激光功率超过一定阀值后，在材料被激光穿透前，熔化的材料在激光喷嘴吹出的气流的助推下被反向抛出，同时喷出物继续吸收激光能量，形成等离子体，这些等离子体对激光的吸收率很大，屏蔽了部分激光项材料表面的直接注入，使材料对激光的吸收减小，导致加热熔化时间变长，热影响区变大，因此激光起始穿孔的口径较大。
材料越厚激光穿透的孔径越大，当材料被激光穿透后，以一定速度移动光束，则烧蚀前沿熔化的材料在激光喷嘴吹出的气流助推下被正向吹出，形成的等离子体将在孔内（或切割缝内），此时等离子体进一步吸收的激光能量将通过热传导传递到材料基体，这相当于增大了材料对激光的吸收率，从而使加热融化时间变短，热影响区变小，切缝变窄，并且割缝表面光滑。
材料对激光的吸收能力决定于激光的偏振性、模式、会聚角、烧蚀前沿的形状和倾角以及材料的性质和氧化程度的一系列因素。
2.连续激光切割分类
答：
根据被切割材料和辅助气体的不同，把激光切割分为汽化切割、氧助熔化切割和无氧熔化切割三大类。
有些学者把“控制断裂切割”作为激光切割的第四类。
（1）.汽化切割
当聚焦到材料表面的激光功率密度非常高时，与热传导相比，材料表面温度上升极快，直到达到汽化温度，而没有熔化产生。
例如飞秒激光切割任何材料都属于汽化切割：
纳秒或连续激光切割只有在切割一些低汽化温度的材料时，才属于汽化切割。
（2）.氧助熔化切割
当激光切割金属材料时，若所吹辅助气体为氧气或含氧的混合气体，是被激光加热的金属材料产生氧化放热反应，这样在激光能量外就产生了另一个热源-金属化学反应产生的热能，并且两个热能共同完成材料的熔化极切割称之为氧助熔化切割。
（3）.无氧熔化切割
当激光切割材料时，若所处气体为惰性气体，融化的材料将不会与空气中的氧气接触，也就不会产生化学反应，故称之为无氧熔化切割。
因此同等条件下，无氧熔化切割所需的激光能量将比氧助熔化切割的高
3.使用激光切割设备存在的危险，安全和防护措施？
答：
1．遵守一般切割机安全操作规程。
严格按照激光器启动程序启动激光器。
2．操作者须经过培训，熟悉设备结构、性能，掌握操作系统有关知识。
3．按规定穿戴好劳动防护用品，在激光束附近必须佩带符合规定的防护眼镜。
4．在未弄清某一材料是否能用激光照射或加热前，不要对其加工，以免产生烟雾和蒸气的潜在危险。
5．设备开动时操作人员不得擅自离开岗位或托人待管，如的确需要离开时应停机或切断电源开关。
6．要将灭火器放在随手可及的地方；不加工时要关掉激光器或光闸；不要在未加防护的激光束附近放置纸张、布或其他易燃物。
7．在加工过程中发现异常时，应立即停机，及时排除故障或上报主管人员。
8．保持激光器、床身及周围场地整洁、有序、无油污，工件、板材、废料按规定堆放。
9．使用气瓶时，应避免压坏焊接电线，以免漏电事故发生。
气瓶的使用、运输应遵守气瓶监察规程。
禁止气瓶在阳光下爆晒或靠近热源。
开启瓶阀时，操作者必须站在瓶嘴侧面。
10．维修时要遵守高压安全规程。
每运转40小时或每周维护、每运转1000小时或每六个月维护时，要按照规定和程序进行。
11．开机后应手动低速X、Y方向开动机床，检查确认有无异常情况。
12．对新的工件程序输入后，应先试运行，并检查其运行情况。
13．工作时，注意观察机床运行情况，以免切割机走出有效行程范围或两台发生碰撞造成事故。
4.熟悉设备操作方法，填写报告。
二、任务计划、实施及检查、评估
知识准备:
激光切割机基本操作，激光加工安全操作规程。
设备型号及名称：
LCY300激光切割机
激光切割机操作
开机步骤
关机步骤
设备主要性能参数：
激光物质Nd3+:
YAG晶体激光波长1.064um
最大激光输出功率300W
脉冲宽度0.2-20ms连续可调
重复频率1-200Hz连续可调
电压范围三相AC380V±10%
电源最大输入功率12KW最大脉冲能量70J
1打开电源空气开关
2再打开机器侧面开关，确认“急停”按钮处在弹出状态（若没有弹出，则将“急停”按钮调为弹出状态）
3再将机器面板上的钥匙顺时针旋转90度置水平位置，移动面板屏幕上的光标至“启动”处，按下中间的“ENTER”键
4拨上左侧机器开关
5打开电脑开关，运行相应软件
退出程序，关闭电脑
2移动面板屏幕上的光标至“停止处”，按下中间的“ENTER”键
3机器停止运行，再逆时针旋转钥匙至竖直位置
4关闭机器侧面的开关
5关闭电源空气开关
设备状况：
良好
参考资料：
1.《激光加工工艺与设备》，李建新编，湖北科学技术出版社
2.《激光加工工艺手册》，关振中编，中国计量出版社
3.《现代激光制造技术》，张国顺编，化学工业出版社
4.《激光切割机使用说明书》，华工激光
5.相应教学课件及网络资源
三、考核
考核项目
自评
互评
教评
得分
职业素养
学习工作态度（遵守时间情况、认真程度、与人沟通、团结协作）
1
3
6
环境与劳动保护（5S管理、劳动保护意识、劳动安全意识）
1
3
6
职业能力
学习工作方法（学习能力、计划能力、解决问题）
5
5
15
项目实施检查（实际操作能力）
5
5
20
完成结果分析（总结反思）
1
1
3
工作技术报告（文字表述与规范撰写工作文件能力）
2
3
15
互评学生：
指导教师：
任务得分：
备注
本任务得分在学习情境中占比：
40%
任务3-2金属板材的激光切割
学生工作页
班级光电08305班组号第1组组长祝李日期2010.10.20
组员名单：
祝李、张雄、张宇、姜辉、袁智取、陈志越、许满
指导老师：
王绍理刘勇成绩：
一、任务引导
1.简述激光切割中，辅助气体的作用，及对切割质量的影响。
答：
Ar、N2、O2三种气体作辅助气体切割5A06铝合金，切缝正面均窄细平直，背面挂渣量依次增多；切缝垂直度分别为0.08mm、0.08mm和0.05mm；切面粗糙度分别为2.870μm、3.554μm、7.974μm；辅助气体压力对切缝宽度的影响不明显。
5A06铝合金基体的相组成是Al+Al3Mg2，Ar作辅助气体激光切割5A06铝合金，切面没有新相形成；而N2作辅助气体，切面上形成了新相AlN；O2作辅助气体，Al2O3相出现在切面上。
激光切割5A06铝合金，切面形成重熔层，用Ar、N2、O2，作辅助气体，重熔层厚度分别为70μm、100μm、200μm；切面均存在微裂纹；HAZ宽度分别为90μm、100μm、不明显。
2.简述切割软件EzCad2中常用G代码和M代码。
答：
M03主轴正转
M03S1000主轴以每分钟1000的速度正转
M04主轴逆转
M05主轴停止
M10M14。
M08主轴切削液开
M11M15主轴切削液停
M25托盘上升
M85工件计数器加一个
M19主轴定位
M99循环所以程式
M30程序结束
G代码
G00快速定位
G01主轴直线切削
G02主轴顺时针圆壶切削
G03主轴逆时针圆壶切削
G04暂停
G04X4主轴暂停4秒
G10资料预设
G28原点复归
G28U0W0；U轴和W轴复归
G41刀尖左侧半径补偿
G42刀尖右侧半径补偿
G40取消
G97以转速进给
G98以时间进给
G73循环
G80取消循环G1000数据设置模态
G1100数据设置取消模态
G1716XY平面选择模态
G1816ZX平面选择模态
G1916YZ平面选择模态
G2006英制模态
G2106米制模态
G2209行程检查开关打开模态
G2309行程检查开关关闭模态
G2508主轴速度波动检查打开模态
G2608主轴速度波动检查关闭模态
G2700参考点返回检查非模态
G2800参考点返回非模态
G3100跳步功能非模态
G4007刀具半径补偿取消模态
G4107刀具半径左补偿模态
G4207刀具半径右补偿模态
G4317刀具半径正补偿模态
G4417刀具半径负补偿模态
G4917刀具长度补偿取消模态
G5200局部坐标系设置非模态
G5300机床坐标系设置非模态
G5414第一工件坐标系设置模态
G5514第二工件坐标系设置模态
G5914第六工件坐标系设置模态
G6500宏程序调用模态
G6612宏程序调用模态模态
G6712宏程序调用取消模态
G7301高速深孔钻孔循环非模态
G7401左旋攻螺纹循环非模态
G7601精镗循环非模态
G8010固定循环注销模态
G8110钻孔循环模态
G8210钻孔循环模态
G8310深孔钻孔循环模态
G8410攻螺纹循环模态
G8510粗镗循环模态
G8610镗孔循环模态
G8710背镗循环模态
G8910镗孔循环模态
G9001绝对尺寸模态
G9101增量尺寸模态
G9201工件坐标原点设置模态
3．简述切割软件EzCad2中调节的主要参数有哪些，描述主要参数的意义。
4.提高激光切割加工精度的方法。
答：
要经常更换磨损的传动模块，比如丝杠或是齿条以及激光的模式，光路，机床的水平丝杠等
5．按照要求切割金属板材，出具报告。
二、任务计划、实施及检查、评估
激光切割知识准备：
金属板材的激光切割原理、激光切割机基本操作、激光切割的安全操作规程、绘图软件绘图方法、切割图案的导入/编程方法、常用G命令和M命令的应用、工艺参数选择/更改方法、激光切割质量分析评估方法；了解激光切割机工作性能和金属板材激光加工特性，分析评估加工的可行性。
1.任务计划及决策
（1）小组讨论、确定工作（学习）计划；
（2）切割图案内容的讨论、确定；
（3）激光切割工艺方案的讨论和初步确立。
2.任务实施准备
（1）切割图案编辑与修改；
（2）按初步确立的工艺方案选择切割参数；
（3）用边角余料进行试切，评估切割质量，调节切割参数和切割程序，往复进行直至达到符合要求的加工效果。
（4）领用工具及材料。
3.任务实施及检查
（1）金属板材工件的装夹；
（2）激光器准备；
（3）完成金属板材工件的切割加工；
（4）观察加工结果；
（5）调节工艺参数，提高加工质量；
（6）文明生产。
工作完毕，清理机床，检查整理工具、设备，是否遗落或损坏，如有遗失或损坏应向指导教师说明原因。
金属板材激光切割加工报告
1.加工样品材料：
不锈钢
2.加工类型：
切割
3.加工要求：
将不锈钢板材从中缝切割开，并记录参数。
4.加工详细记录
使用机型以及配置：
LCY300激光切割机
激光物质Nd3+:
YAG晶体激光波长1.064um
最大激光输出功率300W
脉冲宽度0.2-20ms连续可调
重复频率1-200Hz连续可调
电压范围三相AC380V±10%
电源最大输入功率12KW最大脉冲能量70J
切割图案编辑（图片）：
激光波形：
材料参数（温度20℃）：
材料
代号
材料
名称
材料属性
材料
类别
热传导率
1000C（W/m.0C）
材料
熔点
材料
厚度
反射率
易氧化
程度
01
304钢
不锈钢
16.3
1400~14200C
0.8cm
126%
易
切割参数设置：
参数
记录1
记录2
记录3
举例：
记录4
激光模式
脉冲
功率（W）
200
速度（m/min）
1.0
焦长（mm）
-1.0
喷嘴高度（mm）
2
喷嘴直径（mm）
0.8
辅助气体
N2
气压（Pa）
1.5
电流（mA）
195
脉宽（ms）
0.4
频率（KHZ）
110
时间（s）
31.4
6.切割效果图片
7．任务评估与讨论：
（1）影响金属板材激光切割的加工质量主要工艺因素有哪些，有些什么影响?
答：
激光模式、激光束的偏振、光斑直径、激光输出功率、切割速度、焦点位置、辅助气体、工件材料特性
（2）评价一下你所在小组及你在小组中的表现。
如果这是你在本学习领域的第一个工作（学习）任务，请你谈谈对这种学习方式的感想。
如果这是你的第四个工作（学习）任务，请你再次谈谈对这种学习方式的感想，与刚开始时比较有何变化。
在本小组中，我表现积极，团结组员，在组长的领导下，我们顺利完成了任务。
虽然过程中遇到了很多挫折，但是在大家的努力下，我们战胜了困难，。
在这次任务中，我深深体会了，团队精神的重要性，我们当代大学生，不仅要有充足的理论知识，还要有良好的实践能力，团队合作能力。
一开始，我就只是想，这是个考查课，学不学都可以，但是，上课几节课后，我改变了我的错误想法，任何知识都是有必要学习的
（3）说明一下你在实施项目中执行“5S”情况。
如果这是你的第一个任务，请说明“5S”的具体含义。
执行的非常理想，。
“5S”是整理（Seiri）、整顿（Seiton）、清扫（Seiso）、清洁（Seiketsu）和素养（Shitsuke）这5个词的缩写。
因为这5个词日语中罗马拼音的第一个字母都是“S”，所以简称为“5S”，开展以整理、整顿、清扫、清洁和修身为内容的活动，称为“5S”活动。
（4）加工后设备状况：
良好无损坏
三、考核
考核项目
自评
互评
教评
得分
职业素养
学习工作态度（遵守时间情况、认真程度、与人沟通、团结协作）
1
3
6
环境与劳动保护（5S管理、劳动保护意识、劳动安全意识）
1
3
6
职业能力
学习工作方法（学习能力、计划能力、解决问题）
5
5
15
项目实施检查（实际操作能力）
5
5
20
完成结果分析（总结反思）
1
1
3
工作技术报告（文字表述与规范撰写工作文件能力）
2
3
15
互评学生：
指导教师：
任务得分：
备注
本任务得分在学习情境中占比：
60%
升级会员 