法利莱Profile3015激光切割机操作手册.docx
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法利莱Profile3015激光切割机操作手册
Profile3015
激光切割机
操作手册
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说明
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2001年1月
第一版
不可广泛应用
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1.安全
1.1介绍
FarleyLaserLab的Profile切割机可用于切割、钻孔和焊接。
如将此机器用于其它用途或未按操作规程或安全措施进行操作,由此产生的任何事故FarleyLaserLab将不会负责。
1.2激光器
激光器发出的激光在光束质量和发光机理上都与普通的光不一样。
激光可以是连续的也可以是脉冲的。
激光基本上是单色光(单波长),且准直性好、功率密度高(亮度高),甚至比太阳光亮几十倍。
激光器有很多种类型,每种类型都有其特征波长。
激光波长在光谱上的分布可从紫外经可见光到远红外光。
FarleyLaserLab采用的为红外光,波长为10.6μm。
1.3切割机激光辐射计算
(参考标准EN60825和ANSI136.1)
参考标准对操作者和高功率激光系统所需注意的事项进行了说明。
管理要求操作者在标准最大允许暴露(MPE)的几何边界之外,同时还要求任何操作都不能超出此范围,除非有屏蔽保护。
另外,就屏蔽而言,要采取措施挡住光路。
可采用适当的互锁装置确保屏蔽激光辐射,同时要考虑到激光是否会穿透屏蔽物体或反射激光。
如下的计算定义了最大允许暴露区(MPE),标准的人眼危险距离(NOHD),它们分别是指理想情况下恰当MPE下的光辐射和激光防护眼镜所需的光密度。
如下计算均符合EN60825和ANSI136.1标准。
物理符号和单位均采用EN标准。
1.3.1切割机有效MPE
MPE=1000W/m2(连续)
MPE=5600*t0.25J/m2(单脉冲为700μs)且当Q=4.1J时MPE=911J/m2
MPEtrain=MPEsingle*N-1/4
1.3.2NOHD激光束计算
a.连续波(cw)NOHD=
对一台M4000或PRC4000激光器(4kw)NOHD=
对一台ArrowUltimate激光器(1.7kw)NOHD=
b.脉冲
Q=激光器总辐射能量,单位为焦耳(J)
=4.1J
对单脉冲
Pp=脉冲激光器的单脉冲输出能量(W)
=5857W(t=700μs)
=1.3×106W/m2
NOHD=
=29.4m
对8小时脉冲串
MPEtrain=1.3×106×(3000*200)-1/4
=26266W/m2
NOHD=
=258m
1.3.3激光功率密度
a.对单脉冲有
=18036J/m2MPEs=911J/m2
=ODsingle=1.3
b.对脉冲串
=2.58*107W/m2MPE=26266W/m2
ODtrain=3
c.对Arrow激光器1700WCW
ODArrow=3.9
d.对M4000或PRC4000激光器(4kw)
ODPRC=4.4
1.3.4通过透镜的激光功率密度计算
FL=7.5”=190.5mmB=光束直径(最小=19mm)
对M4000或PRC4kw最差的情况P0/MPE=最大(见上)
在最小可视距离250mm处,所需OD为:
由B=250/190.5×23=30mm得A=2.827×10-3m2
使用第三节的公式计算得到的光密度为:
ODlense=3.05
1.3.5散射光计算
最差的情况为切割机采用M4000或PRC4000激光器(此时P0/MPE=最大)
a.最差的情况为反射率很高(例如p=1)以及视角为零(例如θ=00)。
此时:
b.正常工作情况下,ρ=0.01且θ>=450,此时:
正常情况下操作者离屏蔽反射物体的平均最小距离不得小于1m.
1.3.6小结
被激光照射超过十秒会发生任何危险事件(不包括b的情况)。
b中所说的情况可认为是8小时的连续运转情况。
FarleyLaserLab建议在正常操作和维护时最好都戴上至少是OD8的防护眼镜。
紫外辐射危害:
参考激光器制造商手册的安全章节。
1.4视力损伤
1.4.1视网膜
位于可见光和近红外光波段的激光对视力有很大影响。
这是因为眼睛将激光束聚焦到视网膜上就会对视网膜造成损伤。
这就好像用放大镜将太阳光聚焦可在纸上烧洞的原理一样。
而且聚焦在视网膜上的激光功率密度是角膜上激光功率密度的100000次方倍。
视网膜烧洞或损伤均会对视力造成永久的伤害甚至失明。
造成伤害的所需暴露时间取决于很多因素,但对大多数的激光器而言,通常一秒钟的时间就会造成伤害。
对这样的激光器而言,眨眼的时间根本来不及。
FarleyLaserLab的激光器的激光波长不会被角膜聚焦,但如果眼睛直视或被反射光辐射也会造成一定伤害。
为防止造成眼睛受伤,机器操作者和观察者都必须戴上防护眼镜。
1.4.2角膜和晶状体
高功率红外激光器也会对角膜造成伤害进而影响视力。
眼睛会吸收红外辐射并产生热量从而对角膜和晶状体造成损伤,这种伤害有潜伏效应。
长期下来会导致白内障。
就算光功率密度很低,可以忽视,伤害也是存在的。
例如,红外或红光连续激光器特别是二氧化碳或氮气激光器,它们的波长为10.6μm。
紫外辐射主要被角膜吸收将会导致电离使细胞核恶化。
暴露在紫外光下会在24小时内造成睫毛肌痉挛。
紫外造成的角膜损伤将会在24小时内有所征兆反应,而红外造成的晶状体损害将会马上有所体现且伤害处可见。
1.5皮肤损伤
一般情况下,皮肤比眼睛能忍受较长时间的激光辐射。
但也要看辐射的波长。
可见光附近波段对皮肤的伤害最大,例如红外光和近紫外光。
红外光辐射能使皮肤烧焦、烧伤、晒黑,而且,如果激光功率很高还会使皮下器官受损。
1.6火灾隐患
激光切割是一种热处理过程因此存在火灾隐患。
如果辅气采用的为氧气则很有可能发生。
因此必须在就近的无障碍处设置一个灭火器。
1.7机械隐患
由于光束传送系统是可动的。
因此很有可能发生如下严重事故:
陷入Y轴桥和切割工作台之间。
肢体被工作台支撑脚或切割材料或切割头挂住。
手或手指被X轴电缆和电气柜卡住。
在操作机器时就算在光路旁边的安全位置也要小心,因为有可能会被运动的Y轴支架碰伤,即使它在减速运动时也要小心。
警告
任何人不得在机器高速运转时位于激光边界安全位置内。
当对机器进行维护时,拆卸时须采取保护措施。
除了会被激光束辐射到外,还可能发生如下情况:
手或手指被X/Y/Z方向上的轴承滑轮、Z轴车架和Y轴支架刮伤。
被滚轴丝杆卷入。
警告
当对机器进行维护时,维护人员一定要确保自己的头发或衣着不松散,否则会被机器卷入。
1.8电气隐患
机器上有高压。
在维护期间,靠近电缆或在电气柜内操作时一定要格外小心。
警告
就算机器已经从主开关上关断,电气柜内的高压还会保持达4分钟,所以要格外小心。
1.9其它隐患
其它可能在使用激光器过程中发生的事故有:
挥发性材料,例如石棉、二氧化碳、铅、汞等会造成环境污染的金属材料。
激光切割、钻孔、焊接时的飞溅物。
激光化学反应或附近气体的爆炸反应。
等离子体辐射产生。
人身直接或间接(反射)被激光损伤。
激光切割产生的高温表面(材料和喷嘴)。
棱镜断裂产生的碎片。
1.10操作者安全事项
操作者安全是雇主和雇工都希望的事情。
如下的操作预防措施摘自澳大利亚标准联合会AS2211,对其它国家也同样适用。
操作者必须按AS2211的附录D进行眼睛检查。
按AS2211的附录D进行健康检查。
注意
如果怀疑被激光辐射或是经过一年(12个月)操作,最好按a.和b.进行深入检查。
如上的表仅作为参考。
标准联合会或其它本国内管理激光使用或调节的政府部门应该考虑到操作者操作激光时所应考虑到的事项。
而且,还应该考虑到:
激光器或光束传输系统的操作者或维护人员应至少配备10.6μm波长的OD8的防护眼镜。
这样可保护眼睛不受辐射同时防止飞溅物溅入眼睛。
操作者应配备手套,以防在工作台上握加工材料时被切伤或烫伤。
操作者还应配备钢靴以防加工材料掉下打伤脚。
为保护其它部位,操作者最好穿上工作服或全棉衣物。
在高压切割时要戴上耳罩。
(参考章节1.13的机器噪声水平指示)
除了如上所说以外,还需配备完好的工具。
须考虑的要点有:
重物起重设备,如叉式升降机或高架起重机;
防护眼镜、手套和必需的靴子和衣物;
抽烟系统;
机器周围应留出足够空间以方便操作和维护;
确保材料靠近工作台以方便拿取;
戴上安全带以防后面的不测事件发生;
机器和工作台附近应给予充分照明以便于操作者和维护人员正常工作。
可不必在电气柜内进行照明因为只有专业维护人员才能进行柜内检查工作。
1.11机器和区域标签
FarleyLaserLab切割机上的标签标注了激光物质、实际的功率限、工作系统采用的激光器的分类和机器内的激光束路径指示警告。
参见1.14的标签位置图和标签说明。
区域警告标志遵从机器安装地的国家安全标准,且必须放置在激光切割区域入口处的显著位置。
1.12危险材料
1.12.1介绍
由于激光功率是由光产生的从而也会产生热量,某些材料可能会对光反射,也可能会对热处理过程中的热进行反应。
注意
在切割任何一种新材料之前,必须仔细看看材料制造商或是供货商的材料数据表从而决定切割时是否会有一些危险的副产物或是采取应采取什么样的安全措施来确保切割区域内的操作者和其它人员的安全。
1.12.2危险
在进行材料加工之前,确定材料加工过程中是否会存在光反射或有毒气体产生。
作为预前考虑,如下的说明可作为一个参考。
1.12.3镜面材料
此种材料无论进行切割加工或扭曲材料都会在任何方向上对激光反射。
1.12.4镀锌或电镀金属
在加工此种材料时会遇到两个问题:
由于镀锌的晶体结构使得激光很容易在任何方向上反射。
在热加工时会产生气状氧化锌,如吸入较多则会引起金属蒸气燃烧。
1.12.5特氟纶(PTFE)
加热时此材料释放出的气体很有危害。
如不采取最严格的保护措施和采用良好的抽烟系统决不能进行特氟纶加工。
释放出的有毒气体为氟化氢。
注意
FarleyLaserLab建议最好不要进行特氟纶的加工
1.12.6来克桑(聚碳酸脂)和ABS(丙烯碃)塑料
进行塑料加工时均会释放出具有刺激性的有毒浓烟。
因此在加工此种类型材料时一定要采用良好的抽烟系统。
仔细查看塑料材料制造商的数据表以决定此材料是否会在激光加工时放出有毒气体或是会燃烧。
1.12.7PVC(聚氯乙稀)
进行PVC切割时会产生HCl剧毒气体。
此气体溶解于水即成盐酸,对金属和组织均有破坏作用。
1.12.8不锈钢
切割不锈钢时,会产生氧化铬,对皮肤有刺激性和腐蚀性,而且还很可能致癌。
1.12.9石棉
切割石棉时会产生大量的灰尘,注意:
FarleyLaserLab建议任何环境下都最好不要在此机器上直接进行石棉加工。
1.12.10其它(各种材料上的镀层,油等)
从制造商那里进货后一定要注意材料上有否涂层。
塑料涂层会产生有害毒烟,塑料上的纸质层会燃烧。
而且由于铁上经常涂油进行保护因此直接切割也会产生毒烟。
1.13材料安全数据表
1.13.1说明
从FarleyLaserLab购买的不同产品的所有的有关数9i据和说明均已包含在材料数据安全说明单里,且尽可能的满足供货要求。
FarleyLaserLab不对MSDS中有关的精度指标负责。
你还必须亲自进行实物调查来进行确认。
产品的使用条件、产品用作特殊用途时的工作稳定性均属于FarleyLaserLab负责范围。
因此,如果不按照FarleyLaserLab关于特殊产品的各种类型的警告说明包括购买和适配方面的注意事项来办,擅自将产品挪作它用则后果自负。
MSDS不会推荐超过有效期或是超过有效期但仍可用的产品。
1.13.2材料数据表(硒化锌)
第一部分-产品说明
商业名称:
硒化锌(ZnSe)CASNo:
不适用
别称:
Raytran硒化锌,柯达红外-4
状态:
固体光学材料
化学种类:
Ⅱ-Ⅳ族无机化合物
第二部分-有害成分
化合成分原子数百分比%
锌50
硒50
第三部分-物理特性
大气压下(760mm汞柱)的沸点:
亚系
熔点:
15250C
比重(H20=1):
5.27
汽化压力:
不适用
汽化密度(空气=1):
不适用
水中溶解质量百分比:
不溶
挥发体积百分比:
不适用
颜色和气味:
黄色透明固体/无味
第四部分-燃烧和爆炸特性
着火点(测试点):
不燃烧也不会爆炸
第五部分-健康危害指标
临界值:
氧化锌-5mg/m3
限值:
硒及其化合物-0.2mg/m3
长期暴露影响:
ZnSe危害还不大清楚,但锌和硒均可以起化合反应,如锌会生成氧化锌,会引起发热发冷。
锌和硒化物会引起人体多种不良反应
事故和第一辅助措施:
ZnSe以灰尘状出现
眼睛:
如落入ZnSe灰尘要先用大量的水进行冲洗,再去看医生
皮肤:
用大量的水冲洗后再去看医生
吞入:
马上叫医生
吸入:
马上从曝露点转移,然后叫医生
第六部分-反应数据
稳定性:
稳定
不宜环境:
环境温度超过5000C度会引起分解
不宜放在一起的物品:
强酸、硬的东西
有害的分解产物:
硒/硒氧化物,氧化锌
有害聚合物:
【X】不会产生
不宜环境:
N/A
第七部分-散落或泄漏采取措施
物品散落或泄漏时须采取的措施:
N/A
第八部分-特殊保护说明
所需呼吸保护类型:
OSHA通过的烟气呼吸保护
通风:
【】本地通风标准
【】机械通风标准(普通)
【】特殊(专业)
【】其它(专业)见下
汽化时处理措施:
离开房间,让灰尘散发。
然后再回来清洗除尘。
如有通风机则打开进行换气。
进行硒化锌加工时最好是将抽气机就近放置。
第九部分-特殊的预防措施
拿取和保存注意事项:
如材料要进行加工,搁放或抛光,必须进行湿处理以尽量减少灰尘的吸入。
良好的工作习惯如保持双手干净、身上不溅污点应该提倡以防通过手污染到口或污染浸入衣服粘到皮肤上。
在拿取材料后吃东西前要彻底的把手和脸洗干净。
如果物件掉落或摔裂,将碎片扫到一起并将其妥善放置。
大的碎片还有使用价值。
有关材料安全和阈值的参考书:
“工业材料的危险特性”,N.Irving,SaxandRichardJ.Lewis,Sr.6thEdition.
“采用1981计划更改的工作环境中的化学物质和物理药剂的TLVs阈值特性”,美国工业卫生组织.
一部分信息来自于供货给我们的MSDS。
1.13.3材料数据表(丙酮)
第一部分-产品说明
商业名称:
丙酮CASNo:
67-64-1
状态:
无色流动液体,气味浓烈
危险物品等级:
3.1包装q组:
Ⅱ
危险化学品标签系统:
2【Y】E
有毒物质序列号:
S5
事故补充说明:
无数据
第二部分-危害成分
成分:
CASNo:
比例:
丙酮67-64-1100%
第三部分-物理特性
沸点:
560C
熔点:
-950C战士
比重(H20=1):
0.79
气化压:
200C时为180mm汞柱
燃点:
-200C
曝露限值(%):
低于3高于13
自燃温度:
5380C
相对气化密度:
2.0
水溶解度:
溶解
第四部分-健康危害指标
急性反应
眼睛:
如溅入眼睛会造成严重后果
皮肤:
使皮肤脱皮严重时会发炎。
如通过皮肤吸收还会有中毒反应。
皮肤如有伤口则不能接触。
此物品特别强调不能留在皮肤上。
吸入:
无数据
吞入:
无数据
其它健康危险:
高浓度时为气体麻醉剂。
但不会致癌也无突变或畸变影响。
慢性反应:
无数据
第一急救措施
眼睛:
用水大量冲洗眼睛至少10分钟,最好再去看看医生。
皮肤:
用水彻底冲洗皮肤并脱掉污染衣物进行洗涤。
严格来说最好得到医生指导。
吸入:
从曝露点走开,休息并保持温暖,严格来说最好得到医生指导。
吞入:
用水彻底清洗口腔并饮大量的水。
最好再去看医生。
毒性数据:
LD505800mg/kgoral,rat
第五部分-使用前预防措施
标准曝露水平:
2400OES,mg/m3.
人身保护:
手套:
腈
眼睛保护:
护目镜或面罩
其它:
全面保护,袖套
燃烧性:
易燃
第六部分-安全拿取说明
保存和运输:
必须遵循易燃液体和液化石油气规则1972版且符合HSE指导说明CS17。
包装和标签:
无数据
溅出处理措施:
预告:
关断所有的火源。
警告它人站在安全处。
穿上防护服,如果当地章程允许,将水开着进行大量的稀释冲洗。
要不就用一种惰性吸收剂来吸收到容器内并由专门的废品公司来处理。
最后开排气系统来除去残留气味。
反应数据:
稳定性:
稳定
与水反应情况:
不反应
避免与酸和氧化物接触。
其它已知危害:
在碱参与或碱性环境下能与溴仿氯仿剧烈反应。
与氮/硫酸混合物接触会剧烈分解。
还可与氧化剂剧烈反应。
火灾/爆炸危险:
气体/空气混合物易爆。
灭火措施:
浇水、干粉或挥发液体。
参见MSDS数据单。
1.14噪声水平指示
表一――不同机器工作模式下所测的LAeq
运行方式
位置A
位置B
LAeq(dBA)
测量时间(S)
LAeq(dBA)
测量时间(S)
背景
53
30
53
30
悬臂绕工作台运动
66.5
25
70
30
工件表面吹高压(25Bar)氮气
92
20
88
20
激光切割3mm厚的不锈钢,氧气用来启动切割,同时吹氮气
89
23
83
20
激光切割1mm的低碳钢,切割辅助气体为氧气
72.5
50
69
48
工件上吹5Bar的氧气
69
30
69
48
注意:
LAeq是A-等重的连续声压水平(单位为dB)
图1――噪声测量点
图2――标签位置
见下页有关标签说明。
1.激光光束标签,编号04-6769
2.激光互锁标签,编号03-6159
注意:
开机时或互锁故障时有激光辐射,如照射眼睛或皮肤将很危险
3.激光辐射标签,等级Ⅳ,编号03-6553
不可见激光辐射
二氧化碳激光器最大连续输出功率为3500W
波长为10.8×10-6m
4.激光最大暴露辐射标签,编号03-6156
激光辐射
眼睛或皮肤直接照射或散射照射都是有危害的
本产品为辐射等级Ⅳ的激光产品
5.高压警告标签,编号03-12382
勿接近
仅专业人员才可靠近
6.激光辐射象征标签,编号03-13067
7.铭牌标签,编号03-5514
输出
机械系统电压
类型编号电流
序列号频率Hz
SEC通过号
8.机械危险警告标签,编号03-12746
9.机械警告标签,编号03-13066
自动启动
2.设备说明
2.1机器(机械结构)说明
2.1.1介绍
此部分详细说明了机器的机械结构,如:
介绍了工作处理工具和相关的支撑构件。
2.1.2说明
本机器包含如下四个主要的副组件:
机座-机身组件
机械臂组件
Z轴传动件
工作台组件
2.1.3机座-机身组件
机座-机身组件由三个相同的梁支撑的直角中空结构构成。
此结构是精密设计的。
在此组件上装有X轴滚轴丝杆,交流伺服电机和精密直线导轨。
2.1.4机械臂组件
此机械臂组件为单体横梁结构,由钢板造就。
在此组件上装有Y轴滚轴丝杆,交流伺服电机和精密直线导轨。
2.1.5Z型轴传动件
Z型轴传动件为铝件浇铸而成,且可在Y轴轨道上的三个线性轴承来回运动。
Z轴传动件上装有Z轴引螺,交流伺服电机,光束传输光路和喷嘴控制机构。
2.1.6工作台
工作台由槽钢式铁架装配而成。
此支架上装有铝制工作支撑条、针状支脚以及除去小零件、碎物和除尘的铝盘。
工作台装有轮子,且可以人工将其从机械臂下安装或拆卸。
2.2激光发生器
2.2.1说明
本系统的激光发生器为一台先进的工业等级的二氧化碳激光器。
此切割机可以安装Rofin-Sinar,PRC,ConvergentPrimaLasers,Electrox等公司生产的激光器。
这些都是符合FarleyLaserLab切割机标准的激光器。
激光器的功率从1200W到4000W。
有些激光器是由单独的装置控制的,但大多数的激光器的控制功能都是通过CNC前面板和VDU来实现的。
由于控制集中在一个面板上,这样控制起来非常方便。
警告
如不正确使用激光器将会有危险;因此,供货商手册上所有有关警告和危险的注意事项都必须认真阅读并严格遵守。
2.3水冷系统
2.3.1说明
装在此加工系统上的水冷系统是一台与激光器配套的单独的空气制冷的水冷系统。
详见供货商手册说明。
2.3.2操作
循环冷却水用来冷却激光内部工作物质和外光路(透镜和镜子),使之保持最佳工作温度。
2.4光束传输系统
2.4.1说明
光束传输系统指的是将激光束从激光器出口传输到加工工件表面这一过程中所采用的部件。
包括:
2.4.1.1内部光路
激光腔内的镜子用来传输光束到切割头。
包括四个折叠镜和一个相位延时器。
镜子为镀金的或抛光的鉬镜。
相位延时器是一种特殊的镀介质镜。
这些镜子的用途将在下面的章节中进行说明。
2.4.1.2准直器
准直器(或扩束器)用来改变光束直径到所需要尺寸。
通过切割头的最大允许直径为24mm。
准直器由一系列镜子组成,因此光束的束腰在距离变化时可进行调节,即意味着输出的激光束可根据机器的切割范围进行调节以达到最好的光束直径。
机器的切割范围定义为切割时光束的最小行程和最大行程之间的切割行程。
2.4.1.3切割头组件
切割头的主要功能就是在切割时通过一个聚焦透镜并采用一个与光束同轴的辅气喷嘴将光束垂直引导到工件表面。
同时,
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- 法利 Profile3015 激光 切割机 操作手册