超短脉冲激光参数自适应模型及在后置处理中的应用研究

发布时间：2020-05-18 17:01

【摘要】：超短脉冲激光数控加工中,激光参数与加工速度等参数不匹配会导致加工宽度与加工深度过大或过小问题,激光参数自适应控制是解决该问题的重要途径。现有可查阅到的激光参数自适应控制方法基本都针对长脉冲激光加工,不能直接用于超短脉冲激光加工。因此,本文结合超短脉冲激光加工机理及实际加工工艺数据,对超短脉冲激光参数自适应控制方法及其在后置处理中的应用展开深入研究。首先,在分析超短脉冲激光打孔情景下材料烧蚀阈值计算方法的基础上,提出超短脉冲激光移动加工情景下材料烧蚀阈值的计算方法;结合现有阈值效应的相关理论及实际加工工艺数据,深入分析加工尺寸与加工工艺参数之间的内在规律,提出一种超短脉冲激光参数求解方法。其次,针对目标加工尺寸较大的情况,提出将一个较大加工尺寸划分为多个较小加工尺寸的加工次数自适应划分方法,并给出划分次数及单次加工尺寸的求解方式;考虑硬件设备客观性能及烧蚀阈值约束等限制,定义约束检测规则,并将其应用于激光参数求解结果的可应用性检测之中;在上述研究基础上,构建一种超短脉冲激光参数自适应控制模型。再次,根据超短脉冲激光数控加工的后置处理流程,设计一种超短脉冲激光参数自适应控制模型的应用方法。其中,涉及带图元加工特征的DXF文件结构设计、多次加工机床轴运动坐标计算与数控程序生成等。最后,将超短脉冲激光参数自适应控制模型求得的激光参数与实际加工所用激光参数进行对比,验证超短脉冲激光参数自适应控制模型的正确性;搭建具有参数自适应特性的后置处理系统原型,并以一个DXF文件的后置处理为例,验证超短脉冲激光参数自适应控制模型的应用方法的可行性。
【图文】：

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距离真正的商品化还有很长的路要走。一般来说，后置处理过程主要包括机床轴运动求解、非线性误差校验与修正、进给速度校验与修正及格式转换四个模块，后置处理生成的数控程序并不涉及激光参数自适应控制功能。在常规后置处理过程中增加激光参数自适应控制模块，将刀位文件转换为具有激光参数自适应控制功能的数控程序，有利于加工过程中激光参数的自适应控制，避免激光参数过大或过小导致的材料过烧或欠烧现象，从而保证超短脉冲激光数控加工的加工质量和加工效率。1.3 研究思路及目的和意义1.3.1 研究思路针对超短脉冲激光参数自适应控制及其在后置处理中的应用研究，拟通过三个步骤展开研究：研究超短脉冲激光参数求解方法、构建超短脉冲激光参数自适应控制模型、设计自适应控制模型在后置处理中的应用方法。整体研究思路如图 1-1 所示。

超短脉冲激光,多脉冲,加工速度

量的自然对数ln N 呈线性关系，且符合形如 y kx b(k、b 是常数， k 0)的一次函数表达式形式。因此，可通过将多组多脉冲烧蚀孔面积与激光脉冲数量的自然对数代入式(2-19)求出材料累计系数，，再将材料累计系数分别代入式(2-14)与式(2-1中，求得材料多脉冲烧蚀阈值 th N与材料多脉冲烧蚀阈值功率 thP N 。2.1.3 移动加工材料烧蚀阈值求解方法超短脉冲激光除了用于材料打孔外，也经常用于移动加工过程，如激光切割。超短脉冲激光移动加工过程可理解为多个激光脉冲烧蚀作用在材料表面的叠加，如图 2-1 所示。图 2-1 中，oD 表示激光照射光斑直径，T 表示激光脉冲周期，v 表示加工速度，TL 表示相邻激光光斑点的中心间距，也表示激光头在一个激光脉冲周期下相对工件的移动距离。当加工速度为零时，加工过程就是多脉冲单点打孔；当加工速度大于光斑直径与脉冲周期之比时，加工过程就是单脉冲移动多点打孔；当加工速度处于两者之间时，加工过程表现为激光切割。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN249;TG665

【参考文献】