一種大功率數控激光切割機的加率法制造技術

一種大功率數控激光切割機的加率法，主要特征是：將ＣＯ２激光器采用平凹腔，輸出窗使用紅外材料磨制成平反射鏡，采用半解析熱分析方法對輸出窗的溫度場及熱形變量場進行研究分析，計算出輸出窗端面各點的溫度值和熱形變量，并根據熱分析結果優化設計水冷系統。采取增加小信號增益系數Ｇｍ，飽和參量Ｉｓ，放電空間長度Ｌ，截面積Ａ和減小光腔損耗ａ等方法。在高氣壓條件下，Ｇｍ正比于Ｐ－１（Ｐ表示氣體壓力），Ｉｓ正比于Ｐ２，提高工作氣壓，雖然Ｇｍ下降，但Ｉｓ增加更快。本發明專利技術采用ＰＩＤ控制技術優化控制系統，以提高對激光器工作氣壓的控制精度，從而提高激光器的輸出功率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種激光切割技術，確切地說公開了一種大功率數控激光切割技術的加率法。
技術介紹
激光加工技術一直是國家重點支持和推動應用的一項高新技術，特別是政府強調 要振興制造業，這就給激光加工技術應用帶來發展機遇。在國家制定中長遠期發展規劃時， 又將激光加工列為關鍵支撐技術，因為它涉及國家安全、國防建設、高新技術的產業化和科 技前沿的發展，這就把激光加工提升到很高的重視程度，也必將給激光加工機的制造和升 級帶來很大的商機。將(A激光器采
技術實現思路
本專利技術公開的一種大功率數控激光切割機的加率法，主要特征是 用平凹腔，輸出窗使用紅外材料磨制成平反射鏡。因紅外材料對于諧振腔內高功率密度振 蕩的激光存在著吸收，故在輸出窗內部會產生出非均勻溫升。為了使輸出窗產生的熱量盡 快的擴散，減小熱形變量，對于輸出窗施加周邊水冷的方法。紅外材料的熱形變使得輸出窗 對于C02激光器而言出現熱透鏡效應，當激光器輸出功率較高時，輸出光束在離窗口附近會 產生光束的自聚焦現象，并且自聚焦現象隨著輸出功率的增加，聚焦點的位置，束腰半徑都 發生變化，這樣使得(A激光器在材料加工時出現加工頭聚焦點的位置產生上、下移動，影 響了加工工件的質量。另外，輸出窗的熱形變也改變了平凹腔的腔參數，如光腔損耗參數， 導致激光器輸出功率的降低。 因此，為減少輸出窗熱透鏡效應影響，提高激光器的輸出功率和精度，本專利技術采用 半解析熱分析方法對輸出窗的溫度場及熱形變量場進行研究分析，計算出輸出窗端面各點 的溫度值和熱形變量，并根據熱分析結果優化設計水冷系統。半解析熱分析方法是近幾年 國際上出現的一種新方法，它具有解析法的準確度，又有較寬的適用范圍。(A氣體激光器 所用氣體組成部分通常為C02， N2， He。當混合氣體的比例一經確定，若增加氣體總氣壓等 于增加了發射激光的分子數目，故其輸出功率似乎也應相應增加。但實際結果表明，總氣壓 與輸出功率的關系存在最佳值。這主要是因為氣壓升高、輸入功率增加的同時，氣體溫度升 高，增益降低，抵消了氣壓升高帶來(A氣體粒子數目增加的得益。 理論上，當氣壓大于2000Pa時，C02激光器輸出功率計算公式為<formula>formula see original document page 3</formula> 由上式可見，要增加激光功率Pw，可采取增加小信號增益系數Gm，飽和參量Is，放 電空間長度L，截面積A和減小光腔損耗a等方法。在高氣壓條件下，Gm正比于P_l (P表示 氣體壓力)，Is正比于P2，提高工作氣壓，雖然Gm下降，但Is增加更快。因此，Pw隨P的增加而增加。同時，由于耗散功率隨氣壓升高而升高，故提高氣壓會導致工作氣體溫度的升高。氣體溫度升高，譜線寬度就增大，受激發射截面減小，上能級的弛豫也加速，其效應又使輸出功率下降。所以，隨著氣壓的改變，(A激光器的增益有一最佳值。因此，要想獲得最理想的功率輸出，必須保證工作氣體的氣壓穩定在特定的工作點處。同時，工作氣壓的穩定也直接決定了激光功率輸出的穩定。本專利技術采用PID控制技術優化控制系統，以提高對激光器工作氣壓的控制精度，從而提高激光器的輸出功率。附圖說明 參見附圖是本專利技術的化學反應方程式。 實施方式 目前工業領域應用的激光器，按組成激光器的工作物質來說可分為(A激光器，準分于激光器，半導體光纖激光器等等。而0)2激光器因其效率高、光束質量好、功率可調范圍大、能連續和脈沖輸出、運行費用低等優點，成為激光器中技術最成熟、應用最廣泛的一種激光器，尤其是大功率co2激光器是激光加工中應用最多的激光器，廣泛應用于激光焊接、切割等加工領域中。 0)2激光器光束的產生是通過電激發0)2分子。它主要包括激活物質、激勵裝置、光學諧振腔等部分。激活物質為混合氣，通過一定的配比混合；激活裝置為激光電源，用于激活分子；光學諧振腔重要起光的重復振蕩發大作用。當激光器工作時，激光激勵裝置會輸出幾十毫安或幾百毫安的電流，放電時，放電管中的混合氣體內的氮分子由于收到電子的撞擊而被激發起來。這是受到激發的氮分子便和C02分子發生碰撞，N2把自己的能量傳遞給C02分子，C02分子從低能級躍遷到高能級上形成粒子數反轉發出激光。 本專利技術就是根據上述原理將光學諧振腔采用恒溫工作的殷鋼結構化設計，這樣的設計有效地減小了由于溫度的變化使諧振腔產生的形變。采用PLC智能控制系統，并加入縱模振蕩遏制功能，采用國際知名品牌的氣動元件及光學鏡片組，快速軸流冷卻配合高效率熱交換器，工作氣體溫度恒定，確保激光輸出功率穩定度，工作氣體采用穩定比例的混合氣體方式，多重高真空度密封技術，保持激光工作氣體的純度，大大減小工作氣體消耗，減小運行成本。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大功率數控激光切割機的加率法，主要特征是：將ＣＯ↓［２］激光器采用平凹腔，輸出窗使用紅外材料磨制成平反射鏡，并在輸出窗周邊施加水冷。

【技術特征摘要】
一種大功率數控激光切割機的加率法，主要特征是將CO2激光器采用平凹腔，輸出窗使用紅外材料磨制成平反射鏡，并在輸出窗周邊施加水冷。2. 根據權利要求l一種大功率數控激光切割機的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王丙祥，
申請(專利權)人：王丙祥，
類型：發明
國別省市：32[中國|江蘇]