LSFV激光立体成形机床的操作应用
引言 1
一、激光立体成型技术 2
（一）技术背景 2
（二）新型激光立体成形设备主要构成 2
（三）水冷系统 5
（四）气源室 6
（五）镜子原理 7
（六）净化系统 8
二、常用G代码 10
三、典型加工过程 10
（一）选料 10
（二）开机并作加工前准备 11
（三）加工过程及程序 11
四、心得体会 12
参考文献 14
谢辞 15
引言
书本上讲的多么好也不如自己亲身实践一次来的重要。经过在校的努力学习，很好的机遇和自己的努力争取，我正式进入实习单位，开始我的实习生涯，其目的是为了让自己在学校学到的理论知识和实践相结合，既能巩固专业知识，又可以提高自己的实际动手能力，开拓自己的视野，丰富自己的头脑。我相信只有经过一番刻骨铭心的锻炼之后，才有能力适应这个社会，才能立足于当今这个竞争相当激烈的社会。
一、激光立体成型技术
（一）技术背景
激光立体成形技术是一种从3D数模概念设计到3D实体柔性制造一体化的高新技术，它以离散／堆积增材制造的成形思想为基础，综合利用激光、计算机、CAD、数控、冶金和新材料等学科的高新技术，通过增材制造直接成形零件，被视为人类思维在制造领域的一次飞跃。，激光立体成形技术具有真正实现制造的数字化、智能化、无纸化和并行化，产品研制周期短、加工速度快，制造过程柔性化程度高，零件具有很高的力学和化学性能，具有进一步降低成本的广阔空间等特点。激光立体成形技术所具有的上述特点，使其为我国航空航天领域大型整体结构件高质量、短周期、低成本制造提供了一种先进有效的方法。与传统加工 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
技术相比，激光立体成形技术在大型整体钛合金结构件的制造方面有如下优势：
（1） 生产全过程简化为零件的计算机设计、激光成形零件的近净形毛坯和少量机械加工三步，减少加工工序，省去了设计和加工模具的时间和费用，产品研制周期短、加工速度快；对于大型整体钛合金结构件不需制备大型铸锻坯，不需大型锻压模具、无需大型或超大型锻铸工业装备及其相关配套设施。对于大型整体钛合金零件，激光立体成形的材料利用率至少是常规自由锻的10倍，常规模锻的2～5倍；
（2） 全部设计工作和制造过程的模拟均可在计算机中完成，实际的制造过程也在计算机控制下进行，真正实现制造的数字化、智能化、无纸化和并行化；
（3） 高能激光产生的快速熔化和凝固过程使材料具有优越的组织和性能，可以同时提高材料的强度、塑性和耐腐蚀性能。尤其对于激光立体成形钛合金来说，性能达到锻件水平。
（二）新型激光立体成形设备主要构成
如图2-1，新型激光立体成形设备主要构成部分包括以下六大系统：
图1-1 LSF型激光立体成形与再制造装备
1.数控系统
数控系统在原有使用经验的基础上采用FAGOR CNC 8070数控系统，该系统是FAGOR目前最高档的数控系统,代表FAGOR顶级水平，CNC 8070是CNC技术与PC技术的结晶，是与PC兼容的数控系统，Pentium CPU，可运行WINDOWS和MS-DOS。主要技术特性：
（1） 可控制16轴+3电子手轮+2主轴
（2） 可运行VISUAL BASIC，VISUAL C++
（3） 程序段处理时间<1ms
（4） PLC可达1024输入点/1024输出点，执行时间1ms/1k指令
（5） 具有以太网、CAN、SERCOS通讯接口，可选用±10V模拟量接口。
2.床体系统
在原有工程样机的基础上对原有的床体进行升级改造。主要有：整机结构动静刚度进行优化设计，对防护装置的人体工学进行改良，开展可靠性技术等共性技术研究，使机床MTBF达到1000小时；对激光立体成形过程中运动学优化设计研究，包括机构的运动学建模、工作空间分析、奇异性分析和灵活度分析等内容；对床体散热进行有限元模拟，提出行之有效的散热设计。
3.激光器系统
激光器采用ROFIN公司的DC080扩散冷却射频激励Slab CO2激光器（结构图如图2-1所示），其具有如下优点：
（1） 结构紧凑；
（2） 卓越的光学模式 (K值> 0.9)；
（3） 运行及维护成本低。无运动部件；谐振腔部件采用铜制造；人造钻石窗口是唯一的光学透射镜片；
（4） 无需外部供气设备；
（5） 无需预热时间，开机即可使用；
（6） 无需气体循环系统。
将气体产生的热量直接从其产生的位置带走；没有涡轮泵和鼓风机；没有与激光气体接触的润滑油和密封油脂；不需要额外的气体热交换器；不需要气体循环系统和气体管路；最少的部件数量，使用了真空和防水密封结构；由于使用不流动的气体，没有影响光学器件的循环污。
图1-2 DC080激光器示意图
4.气氛保护系统
在激光立体成形过程中，为了保护钛合金、高温合金等金属不被氧化，因此整个成形过程是在惰性气体环境中进行的。整个气氛保护系统由气氛箱体、压力控制系统、气体净化系统、气体循环系统、物品过渡舱及过程监视系统组成。
5.气体回收系统
在传统的激光立体成形设备中，氩气消耗量是非常巨大的，为了维持气氛保护箱内的恒压，需要不断的对箱体内的氩气进行充气、排气操作，由此造成了巨大的浪费。为了解决这一问题，开发了氩气回收系统，该系统可以将气氛保护箱排出的氩气收集、增压后回充到气氛保护箱内。该系统主要由控制系统和氩气回收增压系统组成。
6.监控系统
在激光立体成形过程中，工艺参数和熔池温度是对零件性能产生重要影响的关键因素，对这两个关键因素进行监控就显得尤为重要。针对以上问题，公司与西北工业大学凝固技术国家重点实验室自主研发了工艺参数监控系统和熔池温度监控系统，对成形过程中的两个影响因素进行监控并对异常情况进行告警，提高了成形过程的可靠性和智能化。
新型激光立体成形设备整体水平定位于国内领先，国际先进水平，可以进行大型钛合金零件的一次整体成形及复杂高附加值的零件的无损修复，成形件的整体力学性能水平达到或超过锻件标准。具体特性如下：
（1） 高成形效率：整体设备的钛合金沉积效率为1-1.2KG/h，钛合金粉材的利用率提高到90%。
（2） 大的成形空间：设备成形能力为1500mm（长）×1000mm（宽）×3000mm（高），机床MBTF时间≥1000小时。
（3） 高精度成形：机床X、Y轴定位精度为±0.03mm/m，X、Y轴重复定位精度为±0.01mm；Z轴定位精度为±0.05mm/m，Z轴重复定位精度±0.02mm。
（4） 低耗气量：新型成形设备正常工作每小时消耗氩气降低到5KG/h，气氛保护箱压力控制在±10mbar水平。
（5） 全程氩气保护：气体净化系统能够将气氛保护箱内氧气含量控制在100PPM以下，水含量控制在50PPM以下。
一、激光立体成型技术 2
（一）技术背景 2
（二）新型激光立体成形设备主要构成 2
（三）水冷系统 5
（四）气源室 6
（五）镜子原理 7
（六）净化系统 8
二、常用G代码 10
三、典型加工过程 10
（一）选料 10
（二）开机并作加工前准备 11
（三）加工过程及程序 11
四、心得体会 12
参考文献 14
谢辞 15
引言
书本上讲的多么好也不如自己亲身实践一次来的重要。经过在校的努力学习，很好的机遇和自己的努力争取，我正式进入实习单位，开始我的实习生涯，其目的是为了让自己在学校学到的理论知识和实践相结合，既能巩固专业知识，又可以提高自己的实际动手能力，开拓自己的视野，丰富自己的头脑。我相信只有经过一番刻骨铭心的锻炼之后，才有能力适应这个社会，才能立足于当今这个竞争相当激烈的社会。
一、激光立体成型技术
（一）技术背景
激光立体成形技术是一种从3D数模概念设计到3D实体柔性制造一体化的高新技术，它以离散／堆积增材制造的成形思想为基础，综合利用激光、计算机、CAD、数控、冶金和新材料等学科的高新技术，通过增材制造直接成形零件，被视为人类思维在制造领域的一次飞跃。，激光立体成形技术具有真正实现制造的数字化、智能化、无纸化和并行化，产品研制周期短、加工速度快，制造过程柔性化程度高，零件具有很高的力学和化学性能，具有进一步降低成本的广阔空间等特点。激光立体成形技术所具有的上述特点，使其为我国航空航天领域大型整体结构件高质量、短周期、低成本制造提供了一种先进有效的方法。与传统加工 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
技术相比，激光立体成形技术在大型整体钛合金结构件的制造方面有如下优势：
（1） 生产全过程简化为零件的计算机设计、激光成形零件的近净形毛坯和少量机械加工三步，减少加工工序，省去了设计和加工模具的时间和费用，产品研制周期短、加工速度快；对于大型整体钛合金结构件不需制备大型铸锻坯，不需大型锻压模具、无需大型或超大型锻铸工业装备及其相关配套设施。对于大型整体钛合金零件，激光立体成形的材料利用率至少是常规自由锻的10倍，常规模锻的2～5倍；
（2） 全部设计工作和制造过程的模拟均可在计算机中完成，实际的制造过程也在计算机控制下进行，真正实现制造的数字化、智能化、无纸化和并行化；
（3） 高能激光产生的快速熔化和凝固过程使材料具有优越的组织和性能，可以同时提高材料的强度、塑性和耐腐蚀性能。尤其对于激光立体成形钛合金来说，性能达到锻件水平。
（二）新型激光立体成形设备主要构成
如图2-1，新型激光立体成形设备主要构成部分包括以下六大系统：
图1-1 LSF型激光立体成形与再制造装备
1.数控系统
数控系统在原有使用经验的基础上采用FAGOR CNC 8070数控系统，该系统是FAGOR目前最高档的数控系统,代表FAGOR顶级水平，CNC 8070是CNC技术与PC技术的结晶，是与PC兼容的数控系统，Pentium CPU，可运行WINDOWS和MS-DOS。主要技术特性：
（1） 可控制16轴+3电子手轮+2主轴
（2） 可运行VISUAL BASIC，VISUAL C++
（3） 程序段处理时间<1ms
（4） PLC可达1024输入点/1024输出点，执行时间1ms/1k指令
（5） 具有以太网、CAN、SERCOS通讯接口，可选用±10V模拟量接口。
2.床体系统
在原有工程样机的基础上对原有的床体进行升级改造。主要有：整机结构动静刚度进行优化设计，对防护装置的人体工学进行改良，开展可靠性技术等共性技术研究，使机床MTBF达到1000小时；对激光立体成形过程中运动学优化设计研究，包括机构的运动学建模、工作空间分析、奇异性分析和灵活度分析等内容；对床体散热进行有限元模拟，提出行之有效的散热设计。
3.激光器系统
激光器采用ROFIN公司的DC080扩散冷却射频激励Slab CO2激光器（结构图如图2-1所示），其具有如下优点：
（1） 结构紧凑；
（2） 卓越的光学模式 (K值> 0.9)；
（3） 运行及维护成本低。无运动部件；谐振腔部件采用铜制造；人造钻石窗口是唯一的光学透射镜片；
（4） 无需外部供气设备；
（5） 无需预热时间，开机即可使用；
（6） 无需气体循环系统。
将气体产生的热量直接从其产生的位置带走；没有涡轮泵和鼓风机；没有与激光气体接触的润滑油和密封油脂；不需要额外的气体热交换器；不需要气体循环系统和气体管路；最少的部件数量，使用了真空和防水密封结构；由于使用不流动的气体，没有影响光学器件的循环污。
图1-2 DC080激光器示意图
4.气氛保护系统
在激光立体成形过程中，为了保护钛合金、高温合金等金属不被氧化，因此整个成形过程是在惰性气体环境中进行的。整个气氛保护系统由气氛箱体、压力控制系统、气体净化系统、气体循环系统、物品过渡舱及过程监视系统组成。
5.气体回收系统
在传统的激光立体成形设备中，氩气消耗量是非常巨大的，为了维持气氛保护箱内的恒压，需要不断的对箱体内的氩气进行充气、排气操作，由此造成了巨大的浪费。为了解决这一问题，开发了氩气回收系统，该系统可以将气氛保护箱排出的氩气收集、增压后回充到气氛保护箱内。该系统主要由控制系统和氩气回收增压系统组成。
6.监控系统
在激光立体成形过程中，工艺参数和熔池温度是对零件性能产生重要影响的关键因素，对这两个关键因素进行监控就显得尤为重要。针对以上问题，公司与西北工业大学凝固技术国家重点实验室自主研发了工艺参数监控系统和熔池温度监控系统，对成形过程中的两个影响因素进行监控并对异常情况进行告警，提高了成形过程的可靠性和智能化。
新型激光立体成形设备整体水平定位于国内领先，国际先进水平，可以进行大型钛合金零件的一次整体成形及复杂高附加值的零件的无损修复，成形件的整体力学性能水平达到或超过锻件标准。具体特性如下：
（1） 高成形效率：整体设备的钛合金沉积效率为1-1.2KG/h，钛合金粉材的利用率提高到90%。
（2） 大的成形空间：设备成形能力为1500mm（长）×1000mm（宽）×3000mm（高），机床MBTF时间≥1000小时。
（3） 高精度成形：机床X、Y轴定位精度为±0.03mm/m，X、Y轴重复定位精度为±0.01mm；Z轴定位精度为±0.05mm/m，Z轴重复定位精度±0.02mm。
（4） 低耗气量：新型成形设备正常工作每小时消耗氩气降低到5KG/h，气氛保护箱压力控制在±10mbar水平。
（5） 全程氩气保护：气体净化系统能够将气氛保护箱内氧气含量控制在100PPM以下，水含量控制在50PPM以下。
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