数控激光切割机加工工艺及故障诊断Word文件下载.docx

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6）照明系统改善了操作环境。

7）配专用CAD/CAM自动编程软件，可与系统RS-232接口直接通讯。

5．易于操作

1）固定操作台，操作方便。

2）切割头更换镜片方便，同时带有缓冲装置，避免头部损坏..

（三）组成

SLCF-X15x30数控激光切割机,主要组成部分有:

主机,激光器,水冷机.

主机是整个切割机的主体,主要由床身,横梁,交换工作台,切割头（Z轴）,其路及水路、控制系统等六部分组成.

（四）原理

激光切割是利用高功率密度的激光束扫描过材料表面，在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或气化，再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走，达到切割材料的目的。

激光切割主要是CO。

激光切割，CO。

激光切割是用聚焦镜将CO。

激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。

激光切割工艺多种多样，其中熔化切割是使入射的激光束功率密度超过某一值，从而使光束照射点处材料内部开始蒸发，形成孔洞；

汽化切割是使用高功率密度的激光束加热，避免热传导造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失；

氧化熔化切割是材料在激光束的照射下被点燃，与氧气发生激烈的化学反应而产生另一热源；

对于容易受热破坏的脆性材料，通过激光束加热进行高速、可控的切断，引起该区域大的热梯度和严重的机械变形，导致材料形成裂缝。

称之为控制断裂切割。

二、控制系统

（一）概述

SLCF-X15x30数控精密激光切割机控制系统主要由数控系统、伺服系统和强电控制系统组成。

本数控系统有以下的几个特点：

（1）操作方便

（2）功能强

（3）易于编程

（4）图形显示

（5）精度高

（6）效率高

（7）Z轴既可随动也可数控

（8）多种报警功能

（二）电器布置

8055数控系统为西班牙FAGOR公司生产的铣床加工通用高档系统。

该系统采用模块化结构，由中央控制单元、监控器/键盘操作面板和伺服驱动装置组成。

（三）机床报警信息

序号

英文信号

中文释义

处理方法

1

Reference

参考点没找到

检查各轴是否均返回参考点

2

Servonotready

伺服没准备好

检查外部使能信号

3

LaserH-Vltagenotready

激光器高压电没准备好

检查影响激光器高压的原因

4

Cuttinggasnotready

切割气体没准备好

将N2、O2或Air准备好，检查气压、电磁阀等情况

5

Mechanicalshutternotopen

机械光闸没打开

检查气压、气缸及电磁阀等情况

6

Mechanicalshutternotclosed

机械光闸没关闭

7

Rflectoroverheat

反射镜过热

检查冷水是否阻尼

8

AxisZprotect

Z轴防护报警

检查Z轴碰撞情况

（四）G代码

1．G00

快速定位。

最大可能的速度由机床本身所决定。

2．G01

直线插补。

G01代码后编写的运动必定是直线运动，并以进给率F移动。

3．G02、G03

顺时针和逆时针圆弧插补。

G02或G03后编写的运动一定是圆弧路径，并以编写的进给率F移动。

4．G04

准备程序段的中断。

在任何需要中断程序段时编写。

5．G04K

暂停时间。

在任何需要定时的时候编写，以10ms为单位，如：

G04K50（延时0.5秒）

G04K200（延时2秒）

6.G05

圆角过渡。

切割时用于圆滑过渡,防止尖角。

7．G06

圆弧插补。

通过编写圆弧中心的绝对坐标进行圆弧插补。

8．G07

方角。

切割时通常用于尖角过渡，程序达到拐点才停止。

9．G10

取消图像镜像

10．G11、G12、G13、G14

分别相对于X、Y、Z及任意轴镜像。

11．G16

平面选择。

轴平面可以自由选择。

12．G17

X——Y平面选择。

13．G18

Z——X平面选择。

14．G19

Y——Z平面选择。

15．G20、G21

定义工作区上下限。

16．G36

自动半径过渡。

在需要拐角的地方编写，如：

G90G01G36R5X35Y60

X50Y0

17．G39

自动倒角过渡。

在需要倒角的地方编写，如：

G90G01G39R5X35Y60

X50Y0

18．G40

取消刀具半径补偿。

。

G40只在G00或GO1时完成。

19．G41、G42

刀具右、左补偿。

G41或G42只在G00或G01有效（直线运动）。

20．G50

可控制圆角。

保证理论和实际路径之间的差别小于由机床参数“NPOSW2”设定的值。

21．G53

相对于机床零点编程

22．G54、G55、G56、G57

绝对零点偏置。

23．G58、G59

相对零点偏置。

24．G70、G71

G70，英寸编程，转换成英制尺寸。

G71毫米编程，转换成公制尺寸。

25．G72

比例因子。

26．G90

绝对坐标编程。

27．G91

增量尺寸编程。

可以编程输入方式，执行增量坐标。

28．G94

以mm/min为单位的进给率，进给速度F以mm/min为单位。

29．G95

以mm/r为单位的进给率，进给速度以mm/r为单位。

（五）M代码

代码

功能

备注

M10

随动下降

随动状态下切割头下降

M11

随动解除，同时Z轴提升至参考点

M16

随动解除

M14

Z轴提升20mm

M12

机械光闸开

自动模式下打开机械光闸

M13

机械光闸关

自动模式下关闭机械光闸

M15

穿孔延时（由PLCR200设定，可在MDI方式下设定

M20

电子光闸开

自动模式下打开电子光闸

M21

电子光闸关

自动模式下关闭电子光闸

M22

连续波

转入连续波切割

M23

门脉冲

转入门脉冲打孔或切割

M24

强脉冲

转入强脉冲打孔或切割

M25

超强脉冲

转入超强脉冲打孔或切割

M50

低压气开（氧气或空气）

自动转换成低压气体打开状态

M51

低压气关（氧气或空气）

自动转换成低压气体关闭状态

M52

高压气开（氧气或空气）

自动转换成高压气体打开状态

M53

高压气关（氧气或空气）

自动转换成高压气体关闭状态

M54

选择空气

空气切割或打孔

M55

选择氧气

氧气切割或打孔

M56

选择氮气

氮气切割或打孔

M30

程序结束

注：

其中G代码为通用代码，M代码为本台机床设置的。

（六）特殊参数

PLCR200打孔时间ms

P110打孔激光功率W（约有+50的误差，以实际显示为准）

P111切割功率W（约有+50的误差，以实际显示为准）

（七）切割用气体

1）切割普通碳钢用氧气，低压打孔，高压切割。

2）切割非金属一般用空气，低压和高压的压力可调为一样，打孔时间设为0。

3）切割不锈钢等，一般用氮气，氧气低压打孔。

三、操作

（一）操作顺序

必须按如下操作：

1）合上总电源，检查电源电压和三相平衡度是否满足机床的电气要求。

2）启动水冷机。

检查水温水压是否正常。

3）打开压缩空气。

检查气压是否正常。

4）打开氦气、氮气、二氧化碳气体，检查气瓶高、低压是否正确，如果高压低于0.6Mpa,则要更换气瓶。

5）启动激光器

6）控制系统通电，机床回零点，使机器进入待命状态。

回零时使Z轴归零，并注意切割头位置，以免在归零时碰损。

7）输入工件加工程序

8）打开辅助气体，并根据加工材料的不同选择气压。

辅助气体的气电转换器应调节在适当位置，以确保气压低于一定值时停止切割，保证聚焦焦镜片的安全。

9）上料时要注意安全，确保人生安全，防止碰伤机床。

10）启动程序进行加工。

加工过程中要随时注意切割情况，如有切割头可能碰撞或者途经空洞等情况要立即停机，排除故障因素后方可继续运行。

11）关机。

关机顺序如下：

a．关激光器

b．关水冷机。

c．关氮气、氦气、二氧化碳。

注意关严，以防漏气。

d．关压缩空气。

e．控制系统断电。

12）清理现场，记录当天的运行情况，如有故障发生，必须详细记录，以便诊断和维修。

（二）光路调整

1.Z轴焦点调整

激光切割过程中,光束焦点与切割表面的相对位置对切割质量的影响很大.应正确调整焦点的位置。

通常，通过改变焦点试切工件，或者，通过在有机玻璃上打点的方法来获得最佳焦点的位置。

焦点的位置确认以后，调节激光切割头底部的调节螺母，将切割嘴调节至到板面1.5mm至2mm之间,切割头焦点的调整就完成了。

切割头与板面的相对位置变化后，切割头及传感器的零点也要发生相应的变化。

微量调节时，可以用板面上焦点修调旋纽来完成。

调节量较大时，就要调节传感器与支架的相对位置。

调节时，要格外小心，否则会造成切割头下戮，从而损坏机器零件。

2．切割嘴与光束同轴调整

切割嘴与光束的是否同轴直接影响切割效果。

将功率调整到20W走右，把透明胶带粘在切割嘴上，迅速开关光闸一次，观察激光打出的小孔与切割嘴压在胶带上的痕迹是否同轴。

如不同轴，用四个顶丝来调整切割嘴的前后左右位置，直到满意为止。

3．光路的调整

切割机中采用飞行恒光路，Y轴的运动是通过移动Z轴箱来实现的，在这样的加工过程中，随着光学组件的运动和光路情况的改变，切割质量会受到一定的影响正确调整光路系统是保证切割质量的前提之一。

光路的调整的原则是光束必须与光学组件的运动方向平行，并且通过光学镜片的中心。

调整光路时，要在近场和远场打光斑，比较两处得到光斑的重合性，一般要经过几次反复的调整，才能达到满意的结果。

4．切割头传感器调整

电容传感器的焦点调整方法，由调试工程师现场示范讲解。

（三）日常维护及注意事项

机床部分的日常维护有：

1）随时清除污责，赃物，保证机器外观整洁。

2）及时清理切割箱中的废料。

3）及时清理抽风口过滤网上的杂物，保证通风管畅通。

4）定期润滑各运动部件，周期可根据机器的使用情况而定，通常一周一次或两次。

5）定期检查压缩空气气路中的油雾器，保证合适的油位，如果不足，应及时添假加。

6）定期检查各气体过滤器，及时排除过滤器中的积水杂物。

7）定期检查反射镜与聚焦镜表面的污染情况，保持其清洁，以保证使用寿命。

8）定期检查行程开关支架及撞块支架，防止螺钉松动。

9）床身前后罩上不应有异物，以免与工作台发生撞碰。

１０）床身导轨护板内不应有异物，以免损坏导轨座。

（四）操作面板布置及元件功能

ＦＡＧＯＲ８０５４５ＣＮＣ的监控器／键盘板和操作面板布置了以下功能按纽（元件）和状态指示灯。

1）手动脉冲发生器

用于机床的精确调整

2）参考点指示灯

当Ｘ、Ｙ、Ｚ轴返回参考点时，发光二极管亮。

3）激光报警灯

激光高压不正常时，发光二极管亮。

4）系统故障灯

当数控系统内部发生报警时，发光二极管亮。

5）外部故障灯

当外部条件之一不满足时，发光二极管亮。

6）进给保持

自动运行停止时发光二极管亮。

7）Ｚ轴方式

Ｚ轴方式选择开关，有“数控”和“随动”两种方式不。

数控系统处于ＪＯＧ方式时，如果选择了“数控”，按下Ｚ＋或Ｚ—，Ｚ轴以数控方式上下移动。

数控系统处于ＥＸＥＣＵＴＥ、ＭＤＩ方式时，使用Ｍ１０，Ｚ轴以随动方式下降至工件表面；

使用Ｍ１１，Ｚ轴以数控方式返回参考点。

如果选择“随动”，不管数控系统处于何种方式，Ｚ轴都以随动方式下降至工件表面。

8）焦点修调

电位器，用于光束焦点休整。

9）照明

按纽，用于照明。

10）拖链

　　　按一次按纽，启动拖链，同时灯亮。

再按一次按纽停止拖链，同时灯灭。

11）光闸控制

按住“ON”，光闸（机械、电子）保持开，松手则关。

12）打孔时间

穿孔时按一下“—”，可立即结束穿孔，缩短打孔时间；

按住“+”，则一直保持打孔状态，延长打孔时间。

13）电源控制

旋钮，钥匙式两位置，用于控制回路的通电/断电。

14）急停解锁

按钮，用于急停解锁。

如果轴在运动中碰到限位开关，系统将处于急停状态。

系统切换到手动操作方式，同时按下此按钮和相反的轴运动键，可使系统退出急停状态，恢复运行。

15）急停

当出现紧急情况时，按下此按钮后，所有运动都停止，CRT上出现急停报警。

16）回退

按住该按钮，机床沿先前的运动路径回退，松开按钮，则立即停止。

四、设备的调试及工艺参数

一．切割前的准备

1．激光器对辅助设备的要求

为保证整个机床及激光器的正常运行，保持功率稳定和模式的良好，对辅助设备和辅助手段有及其严格的要求。

如果使用不符合机床要求的水、气，易导致功率降低，甚至导致涡轮机、光闸和其他零件的损坏。

（1）气体

A．辅助气体

首先准备好切割用的辅助气体N2、O2和Air。

检查气瓶上的铭牌，看是否符合使用要求（N2和O2的纯度和压力），然后将气瓶的气体正确引入机床上。

启动空气压缩机

B．机关器用气体

激光器用气体是高纯度的He、N2和CO2，要求因激光器而异。

DC025激光器对气体有极其严格的要求：

气体

纯度（%）

压力（bar）

He

99.998

4.5

N2

CO2

Air

可以普通N2代用，用于吹镜和驱动机械光闸

必须用聚乙烯管或不锈钢管作为气体管路，用高性能高强度可靠性高的管接头连接。

（2）冷却水

流量

133升/分钟

进口压力

3bar（最大4bar）

温度

18度

温度稳定性

冷却水

40%乙二醇，60%蒸馏水

阀门和管道

全部不锈钢或高压胶管，不能用镀锌材料，管接头用不锈钢钢夹

外接水管

内径3/4英寸（19mm），外径1英寸（25.4mm）以上的耐压橡胶管，塑料管，不锈钢管、钢管也可

外光路水管

PU管耐压不少于10Kgf/cm

过滤器

滤孔直径为100um,以透明塑料为住

（3）稳压电源

容量100KVA，覆盖整个机床、激光器、冷水机、CNC和空压机。

2．Y轴光路的平行度调整

确保激光器在激光器支架上放置的稳定性，通过激光器支架上的调节螺钉，调整激光器的高度和左右位置及角度，使激光器出光口对准机床侧入光口。

将一纸板放置于入光口附近，利用激光器发出的红光指示，初步判断激光器出光口与机床侧入光口的偏差，根据这个偏差，调整激光器的位置。

然后，利用红光指示调整Y轴与光的平行度。

3．Z轴光路的调整

确保激光器在激光其支架上放置平稳可靠，通过激光器支架上的调节螺钉，调整激光器的高度和左右位置及角度，使激光器出口对准机床侧入光口。

（1）检查激光是否通过焦距镜的中心，与Z轴是否平行，与X-Y平面是否垂直。

（2）焦点位置的调整

（3）检查喷嘴

a.外形是否碰伤

b.用直径为1mm的钢丝穿过喷嘴孔，消除切割产生的溶渍，以保持气流顺畅。

c.如果喷嘴口碰伤，孔不是真圆，不能继续使用，必须更换。

d.检查激光是否在喷嘴的中心

（1）激光在喷嘴的中心

（2）激光不在喷嘴的中心

e.喷嘴与工件的距离调整至1～1.5mm

f.选择适当气体、压力。

g.适当的穿孔及切割条件。

4．随动传感器

二．喷嘴

喷嘴的形状和气体流动的情形，会影响切割的效果。

1．喷嘴的作用

（1）防止溶质等杂物往上反弹进入聚焦镜片。

1）没有喷嘴时，气体喷出的情况。

2）有喷嘴时，气体喷出的情况。

（2）喷嘴可控制气体扩散面积及大小，影响切割质量。

2．调节喷嘴位置

激光必须从喷嘴的中心穿过。

1）在喷嘴的端面涂末印泥（红色为好），将不干胶贴在端面上。

2）用10—20瓦的功率，手动打孔，将白色不干胶拿下，注意保持与喷嘴的相对位置。

喷嘴位置与激光中心相差过大时，将无法打出中心点。

3）如果打出的中心点时大时小，请注意条件是否一致，聚焦镜是否松动。

4）中心不在喷嘴中心时，调整喷嘴位置，对准激光。

五、下面是对激光机最主要的部分激光器进行研究和分析

本机床使用的是ROFINDC020激光器。

他是由高频激发,散热二氧化碳Slab激光器.

激光器由激光头和控制箱组成.

激光头主要部件是:

1.支架

2.激光气体供给

3.塑料面板

4.真空管（容纳器）

5.高频发生器

6.出光镜

7.光闸

处于关闭状态,出光镜前部的激光束路径中的水冷机开关会起到防止激光束进入加工状态的作用.在准备运行或发生错误时光闸关闭的.此时,折弯镜会将激光束导入黑体.在黑体中光束的输出能量回被冷水吸收.

激光的出光镜中的谐振腔不断计量激光功率,并将其显示在控制面板上.

控制箱的主要部件是:

1.带电源开关,所有的保险丝,继电器,激光器电子元件保护机械开关的能量供给.

2.带HV（高压）软启动单元的用于高频发生器的高压产品.

3.带CPU卡,数字输入,数字输入卡,继电器输出卡,脉冲/斜波发生器（选配件）和外部控制系统综合界面的计算机插槽.

计算机插槽控制和兼控所有的激光器重要功能.

4.键盘和显示器（控制器终端）

控制器终端也可安装在激光设备的其他箱体内.

激光器的操作是由显示器上的显示内容支持.只要按键盘上的按键就能实现自动开动.这样,在一分钟内激光器就完成了运行前的准备.

激光器输出功率可以由持续电位计或键盘数字来选择.激光器所有的功能都是在键盘上控制的,比如:

脉冲/斜波发生器编程或请求诊断和服务程序.

六、维护及保养

（一）备件

维护保养过程中,以下物品是必须的,用户应常备:

1.丙酮纯度99.5%,水少于0.3%,容量一瓶500ml

2.脱脂棉:

5包

3.酒精500ml,纯度以上99.5%

4.镜头纸5本

5.吹气小球一个

6.滴管针一个（医用）

7.有机玻璃200×

300×

30

8.印台（红色）一块

9.棉棒2包

10.工具:

成套内六角扳手,螺丝刀等

（二）激光器

1.每日保养

在每日开机前做保养.

激光工作气体/辅助气体检查

检查激光气体瓶一次测的压力（CO2,HE,N2）应不小于7.6bar,否则更换气体.

冷却水压力

8.5bar以上

冷却水温度

16±

1℃

真空泵油面高度

如不够,则需添加.

油/水/气泄漏

检查真空泵,谐振腔各气动元件,管接头是否泄漏.

2.每周保养

激光气体混合单元

1）是否有油/水

2）气体干燥过滤器超过1/4颜色变成红色或白色（正常为兰色）

水冷机

过滤器是否有杂质.

激光头冷却水回路

检查回路是否有杂质.

3.每半年保养

（1）更换真空泵油

（2）检查激光器头冷却水管路是否有腐蚀现象

（3）检查激励电源油箱是否漏油

（4）检查高压电缆是否有损坏

（5）清理激光器谐振腔内部所有镜片,包括前窗镜,尾镜,反射镜等

（6）清理激光器内所有镜片后,应重新调整激光器的模式

4.每年保养

（1）清理冷水机管路

（2）更换冷水机内部的冷却水

（3）检查谐振腔内部的水路是否有泄漏

（三）光学镜片

1.注意事项

（1）不要用手直接触摸镜片表面（反射镜,聚焦镜等）,否则造成赃污或划伤.

（2）请勿使用水,肥皂清洗镜片.镜片表面镀有一层特殊的膜,若这样清洗会划伤镜片表面,

（3）勿将镜片放置于阴暗潮湿的地方,否则会导致镜片表面老化.

（4）镜片表面如果有油渍或灰尘、赃物、水份，容易吸收激光，损坏镀膜。

轻则激光束质量下降，重则无激光束产生。

（5）除非不得已，不要使用已损坏的镜片，否则将会加速损坏本可修复的镜片。

（6）安装反射镜或系统镜时，用力不要太大，否则会使镜片变形，影响光束质量。

2．组装镜片

（1）穿带干净利落，避免头发污染。

（2）组装镜片时不要口对镜片吹气。

（3）镜片应置于平稳清洁的桌面上。

（4）用肥皂或清洁剂清洁双手。

（5）戴上白色干净轻薄的手套。

（6）切忌用无手套部位接触镜片。

3．更换镜片

（1）从包装盒中取出时应小心，防止碰伤。

（2）打开包装纸前，勿施力于镜片上

（3）应从侧边取拿反射镜和聚焦镜。

（4）取下包