激光切割机的生产应用与维护的分析研究
的结构和电路的组成进行的深入研究。在工作中常常会遇见各类使用问题及机器故障，在不断摸索研究后，能够及时处理各类问题，在故障维修和解决问题等方面得到了很大的提高。基于以上的工作内容及收获确立了本次课题，旨在研究激光切割器各个部分的作用及对于激光切割机发生故障时的应对方法。一、设备的研究分析（一）设备原理结构1.设备原理图供电后激光电源产生激光经由冷却系统冷却后进入激光管由反射镜反射后透过聚焦透镜与气体一起进过切割头进行工作，如下图1-1设备原理图所示。图1-1设备原理图主板连接图供电后经由滤波器滤波激活主板控制，由U盘连接电脑把需要的程序显示在液晶面板上，又可控制激光电源的开关完成工作，还可控制激光器额XY轴的移动方向如下图1-2所示。图1-2主板连接图控制系统控制系统通常由信息输入，信息处理和输出结果三个部分组成，信息输入根据的感应以及当前数据的传输决定以后应该采取的措施，以光电机械等物理方式向执行机构发出指令，确保其能够精准实行。信息处理由数字信号处理及单片机一起处理运算后得出的信息进入显示屏幕。操作过程中通过运动控制系统进行操作，如有操作失当报警系统会报警提示，最后经由屏幕显示得出最后的输出结果。如下图1-3所示。 图1-3 控制系统组成图（二）各重要组成部件研究1.激光器（1）优点增益介质的表面积/体积比大，寿命长，散热快，误差小，体积小重量轻，损耗低。固有的全封闭柔性光路，优异的双波导限制机制，光路具有免维护性。 （2）目的保证稳定性，对焊点要求很高的厚度较薄材料不造成损坏。（3）功用发射激光进入切割头进行工作。2.切割头切割头由喷嘴和聚焦透镜组成如下图1-4、1-5 所示。（1）喷嘴的型号D1.5 D2.5 S1.0 S1.2 S1.5 S2.0 （2）目的切割不同厚度的板材。（3）优点切割出来的板材没有毛刺。（4）缺点如果切割不同的板材没有切换喷嘴，会导致切割头的损坏，板材有毛刺或者是是未能割穿板材。（5）功用激光器发射的激光穿过激光管，经由反射镜与气体一起进入喷嘴进行切割。 图1-4 聚焦透镜 图1-5 激光器冷却系统冷却系统由发动机机体、节温器、冷却风扇、补偿水桶、散热器、水泵和气缸盖中的水套以及其他附属装置等组成。如下图1-6所示。（1）型号CWFL-1500（2）目的使机器能够正常运转。（3） 缺点必须等到冷却系统的温度升高到一定程度机器才能够正常启动。（4）优点保证机器不会因为热量过高而导致机器烧坏。（5）功用蒸发系统工作时因为然后所产生的热量，是机器可以在正常的温度下进行工作。图1-6 冷却系统4.机床如下图1-7所示。（1）目的用来放置所需切割板材的平台。（2）优点有两块机床，通过按键指挥来回之间的切换，即可节省不少时间，又能提高工作效率。（3）缺点平台上的隔板比较尖锐，可能导致材料的损坏。（4）两个平台之间来回切换的按键如图1-8所示。 图1-7 机床 图1-8 机床操作按键5.空气压缩机如下图1-9所示。（1）型号Atlas Copco（2）功率45-315KW（3）排气量2.6-62.0 m3/min（4）功用压缩空气使其通过输送管进入激光器进行切割 图1-9 空气压缩机6.电控柜如下图1-10所示。（1）型号SYE-A061806（2）目的满足电力系统正常运行的要求（3）功用正常运行时可借助手动或自动开关接通或分断电路。故障或不正常运行时借助保护电器切断电路或报警。（4）优点可以测量并将运行时的各种数据从仪表上显示出来，对一些工作时的故障现象提供报警提醒。图1-10 电控柜7.稳压电源如下图1-11所示。（1）型号TNS-30KVA（2）功用当电网电压或负载出现瞬间波动时，稳压电源会以10-30ms的响应速度对电压幅值进行补偿，使其稳定在±2%以内。（3）优点功耗小，效率高。体积小，重量轻。稳压范围宽。滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减少。电路形式灵活多样。（4）缺点开关稳压电源的缺点是存在较为严重的开关干扰。开关稳压电源中，功率调整开关晶体管V工作在开关状态，它产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰，这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽，就会严重地影响整机的正常工作。此外由于开关稳压电源振荡器没有工频变压器的隔离，这些干扰就会串入工频电网，使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到严重的干扰。图1-11稳压电源8.控制系统如下图1-12所示。（1）目的控制激光切割机各个部分的运转（2）优点容易设计而且容易实现，灵活性高，基于PC为处理平台的控制器可以有着丰富和大家熟悉的软件硬件资源，所以这样的控制平台设计性很强大，运转性能也很强大，如果能充分的利用PC软硬件资源，设计灵活和复杂的控制程序显得轻而易举。（3）缺点不能脱离PC独立运行，所以相对来说成本会显得比其他方式更贵。图1-12 控制系统二、激光切割的操作应用（一）操作流程1．开启电控柜，稳压电源。如下图2-1 ，2-2所示的蓝色箭头。 图2-1 电控柜 图2-2稳压电源2.启动钥匙开关，开启驱动，激光，电脑按钮。如下图2-3所示。 图2-3电脑驱动按钮3.启动冷却系统开关。如下图2-4所示的蓝色箭头。图2-4冷却系统4.打开切割软件。如下图2-5所示红色箭头。图2-5 CypCut软件5.打开红光和光闸。如下图2-6所示红色箭头。图2-6控制系统6.导入或新建切割工件图，加工控制，完成。（二） 激光切割机切割PCB板的应用1.PCB板又称印制电路板，PCB板几乎存在于多有电子设备当中。设备中的电子零件都是焊接在PCB板上的。PCB板主要功用是提供上面各项元器件的相互电器连接。通常PCB的颜色都是棕色或是绿色，这是阻焊漆的颜色，是绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以不让零件或者焊渣被焊到不正确的地方，在阻焊层上还会印刷上一层网印刷面。通常在这上上面会印上文字与符号，以标出各零件在板子上的位置。2.不同厚度的PCB板的切割的分析如表1所示。 表1 不同厚度板材的比较区别薄板（2.0mm以下）厚板（包括2.0mm以上）切割速度25m/min4.5m/min使用喷嘴D2.5S1.2排版方式比较薄，需要加入微连，否则会翘起来导致其他所需要切割的PCB板报废由于较厚，切割后尺寸通常比需要的尺寸小，所以需要加入补偿，增大一点尺寸。使用气体氮气氧气三、激光切割机常见故障分析及解决方法常见的故障与分析以及处理方法 常见故障分析处理如表2所示。表2 激光切割机的故障现象分析方法及处理方法故障现象 分析方法处理方法开机连续发光1.查看参数工艺的模式是否正确打开工艺数据查看2.接线板坏或者按键面板坏更换接线板或按键面板3.激光电源故障更换激光电源4.主板故障更换主板清扫不平或是深时浅1.检查镜片与光路清洁镜片,调整调整光路2.检查图形分辨率及扫描精度加大图形分辨率及扫描精度3.激光管老化或激光电源有问题更换激光管或激光电源沟边直线有波浪现象1.反光镜或聚焦镜有松动现象固定小车头,或更换滑块2.机械部分或软件有问题检修机械或图形部分电流不稳或不受控制1.主板或接线板有问题更换主板或接线板2.激光电源有问题更换激光电源3.如点射有光水保护器已经损坏,需要更换4.如短接水保护信号线仍无光主板或者接线板故障,更换清扫变浅1.查看变浅程度加大功率2.看勾边深度是否正常,如正常,增加图形分辨率或扫描精度3.勾边还是很浅,或时深时浅, 聚焦透镜损坏4.电流足够但是还是变浅激光管老化,更换激光管机器时而有光,时而有无光1.查看聚焦透镜有无损坏清洁或更换镜片,调正光路2.聚焦透镜正常，查看是否有垃圾清洁或更换水泵,疏通水管3.冷却系统的温度情况是否正常，水循环工作流程是否正常更换水保护4.软件的问题交替更换以上配件,查找原因图形输出后尺寸不对CAD图表单位不对更改绘图仪单位为10162.看分辨率是否正确重新计算分辨率机器中途突然间停止运转，切割图形不对，切割图形的图形有疏漏1.检查机器有没有连接地线，地线的电阻是否正常（正常情况对地的电阻应该小于6欧姆）改造地线,达到相关标准2.查看初始图形是否有错误的地方,可能会有没有连接的地方，有重复连接的地方。改正图形中的错误3.如果其他切割的图形没有什么问题，就单单哪一个图形有问题图形的处理数据错误，需要重新划出一个图形4.问题仍然存在可能是电脑的故障可尝试重新启动，或者是聚焦透镜沾染灰尘（二）重要的故障情况分析1.玻璃管不出现光源玻璃管的出光控制主要是有激光管，激光电源，水循环系统及出光信号，出光信号又包括板卡给出的PWM出光信号，水保护信号等。如下图3-1所示 图3-1 故障现象故障原因分析激光管没有光先要从水循环系统激光电源激光管及出光信号等几个地方开始观察。 故障排除方法一般先查看激光的电源是否有正常供电，水循环系统是否正常工作，激光管内外管有没有坏裂情况。在上述几个地方正常工作的情况下应该去考虑出光信号的工作情况，一般首先用短接信号，短接激光电源电流5V和AIN短接水保护P和GND用无锁开关控制L和GND的方法来测试激光管和激光电源，如果用这个方法激光管能够正常出光源，这就说明激光管的电源没有故障，是水保护开光的问题；板卡pwn信号，门开关，继电器等的信号问题，一个个逐渐排除即可。故障排除后现象如下图3-2所示。图3-2 排除故障现象四、总 结在本次企业实践的过程中，让偶学习到了很多没有学习过的专业知识，增长了自己的知识面。在探讨解决问题的同时也提高了自身的专业素质。同时也认识到了自己对于这方面还存在了很大不足，需要更加努力的学习专业知识，争取之后出现的状况都能依靠自己及时解决，这样能保证工作效率。致 谢感谢多年来对我的辛苦栽培，让我在大学期间学到了许许多多特别有用的东西，特别感谢电子通信与工程系为我提供了良好的学习环境、感谢领导、老师们多年来来对我无微不至的关怀和指导，让我得以在这多年中学到很多有用的知识。在此，我还要感谢在班里同学特别是一个宿舍的舍友们，感谢你们在我遇到困难的时候能够及时帮助我，给我支持和鼓励，感谢你们。 特别感谢我的指导老师孙岚老师，在书写本论文的过程中给予我悉心指导，从开始写论文到结束中过程遇到很多困难都是他给我鼓励与指引，让我能够克服艰难险阻，将毕业论文完成，在此谨向孙岚老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。谢谢!参考文献[1]叶建斌，戴春祥，激光切割技术，上海科学技术出版社[J]2012[2]曹凤国，激光加工，化学工业出版社[J]2015[3]李嘉宁，激光焊接切割熔覆技术，化学工业出版社[J]2016[4]陈家壁，彭润玲，激光原理及应用(第2版)，电子工业出版社[J]2013[5]陈鹤鸣，激光原理及应用(第3版)，电子工业出版社 [J]2017[6]林宋，郭瑜茹，光机电一体化激光切割技术，机械工业出版社[J]2011[7]廖延彪，黎敏，光纤光学，清华大学出版社[J]2013[8]范志刚，光电测试技术，电子工业出版社[J]2015[9]（美）希茨，尤因，赫奇特著，谢冀江译，激光技术导论，国防工业出版社[J]2015[10]蓝信钜，激光技术（第三版），科学出版社[J]2019
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