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激光辅助切屑控制技术

2008-9-21   杭州远华激光

 美国AmeriChip国际公司开发了一种新的激光辅助切屑控制技术,可以完全消除会给加工过程造成麻烦的长带状切屑,从而能够缩短加工时间达70%,降低加工成本达60%。 
     
    在切削加工中,理想的切屑形态应细小而易于控制。长带状并会形成鸟巢形的切屑是机床操作者最不愿意看到的。带状切屑会挂在主轴、刀片、夹具和测量装置上,使自动测量和装卸设备无法正常使用。缠绕在刀具和工件上的长切屑会在工件上形成擦伤,并会缩短刀具寿命,因为长切屑不能像细小切屑那样有效地从切削区带走切削热。 
     
    防止形成长切屑最常用的技术是使用带有断屑槽的刀片。但利用断屑槽控制切屑通常需要减小刀具的进给率。因此,采用AmeriChip的系统后,可以增大刀具的进给率和切深,一次走刀即可切除带断屑槽刀片需要多次走刀才能切除的工件材料,同时还能提高工件表面光洁度。 
     
    AmeriChip的激光辅助切屑控制系统是一个独立装置,它利用一束激光在工件材料表面刻划出一道窄槽,当该处材料被加工时,就会以细小切屑的形态被切离而不会形成长带状切屑。这道激光刻划的窄槽实际上消除了与切屑有关的所有麻烦。 
     
    当激光束聚焦到工件材料上时,其能量可使金属材料熔化和气化,同时用一个空气喷嘴将熔化的材料从槽中吹走。激光功率较低而移动速度较快时,刻出的槽较浅;激光功率较高而移动速度较慢时,刻出的槽就较深。 
     
    AmeriChip公司已投资近900万美元开发这项专利技术,并确认该系统具有很好的重复性,加工中系统可根据不断变化的工件材料尺寸进行调整,不会造成过度刻划。 
     
    刻槽过程使用了一个机械手,并通过光纤线缆将聚焦的激光束传输到激光头,激光光源采用脉冲式Nd:YAG(掺钕钇铝石榴石)激光器或超模CW Nd:YAG激光器。系统开始工作时,机械手移动到第一道刻线的起点处,同时激光器功率达到预设参数值,装有电容式高度传感器的聚焦激光头移动到位,同轴的空气电磁阀打开,接着激光光闸开启,机械手开始移动进行激光刻槽。 
     
    在刻槽过程中,电容高度传感器可以测出工件形状或材料厚度的任何变化,使激光头系统始终保持聚焦高度,可对刻槽深度进行连续调整。刻槽宽度通常设定为0.010in.(0.25mm),它可使刀具产生在时间和距离上都极为短暂的断续切削,但已足以确保产生的切屑均为细小切屑。 

  在工件上刻槽使得以较高速度切削工件和无需使用冷却液成为可能。采用常规方法进行加工时,工件温度可能会达到70℃,而采用激光辅助切屑控制系统后,工件温度可降低到40℃,因为大部分切削热都被细小的切屑所带走。 

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