《现代制造技术一体化实训教程》金之椰主编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《现代制造技术一体化实训教程》

【作　者】金之椰主编

【丛书名】国家高技能人才培训教程

【页 数】 211

【出版社】 昆明：云南大学出版社 , 2020

【ISBN号】978-7-5482-4150-8

【分 类】机械制造工艺-高等职业教育-教材

【参考文献】 金之椰主编. 现代制造技术一体化实训教程. 昆明：云南大学出版社, 2020.

图书封面：

图书目录：

《现代制造技术一体化实训教程》内容提要：

本教材从激光雕刻、数控线切割加工技术、电火花成型加工技术、精密测量技术、车削中心、四轴加工中心、五轴数控加工和3D打印技术八方面编写，内容侧重综合性、操作性和实践性，目的在于让学生掌握新技术、新工艺、新方法，拓展学生知识面，提高学生技能的现代制造技术综合应用能力。本书以例题和图示的形式来讲各个加工技术的原理及应用，将一个个深奥的加工原理讲述得详细而且浅显易懂。本书中涵盖了目前比较实用的先进技术及测量，并且都是结合自身实践得来的技术成果，可供广大的学子们实践学习，争取再上一个技术新台阶。

《现代制造技术一体化实训教程》内容试读

模块一激光雕刻

模块一激光雕刻

◇模块介绍◇

激光雕刻机是当今世界上的高新科技产品之一，产品光、机、电一体化技术含量很高。20世纪90年代中后期，随着激光雕刻技术的成功研发，雕刻行业便开始迅速发展起来。到目前为止，雕刻机的应用几乎遍布每个行业，成为我们日常工作中司空见惯的设备。现在，它主要被应用于广告业、工艺业、模具业、建筑业、印刷包装业、木工业、装饰业、皮革业…下面主要为大家介绍激光雕刻机在几个常见行业内的应用。

◇学习目标◇

1.了解激光加工原理。

2.了解激光加工的机床的组成。

3.了解激光加工的应用范围及特点。

◇知识要点◇

一、激光雕刻机在装饰业中的应用

激光雕刻机在装饰业上的应用可谓是琳琅满目，下面针对其对木材的雕刻（图1-1-1)为大家做介绍：

首先是原木。原木就是没有经过加工的木材。它是我们日常生活中最常见的种激光加工材料，它很容易被雕刻和切割。例如浅色的木材像桦木、樱桃木或者枫木等，它们很容易被气化，因而比较适合雕刻。不过由于每种木材都有其自身的特点，因而在挑选木材时，要根据所要雕刻的具体

图1-1-1

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现代制造技术一体化实训教程

实物做选择。我们建议，在雕刻不太熟悉的木材前，要首先研究雕刻机的特性。

其次是胶合板。它是一种人造木板，也是家具常用材料之一。在胶合板上雕刻，其实与在木材上雕刻没有太大的区别，只是有一点要注意，雕刻深度不可太深。切割后的胶合板边缘也会像木材那样发黑，但其发黑程度，关键是看胶合板是使用哪种木材制造的。

一般来讲，在木材上的雕刻通常是阴雕，而且雕刻深度一般要求都比较深，这样雕刻机功率一般都会设置得比较高。如果遇到较硬的木材，可能会使雕刻后的图形痕迹变得更深。如想使颜色浅一些，可提高雕刻速度，试着多雕几遍。某些木材在雕刻时会产生一些油烟，附在木头表面，若木材上已刷油漆，可用湿布将其小心擦去，如果未上漆可能会擦不干净，造成成品表面污损。这样情况下可以使用细砂纸对加工好的表面进行打磨，将残留在木材表面的污渍去除掉。

二、激光雕刻机在印刷包装业上的应用

随着激光雕刻机的广泛应用，印刷包装业印版也逐渐应用上了激光雕刻技术。印刷包装业中最为常见的包装是瓦楞纸箱包装（图2-2-2)。不过瓦楞纸箱包装又可以分为两类，一类是销售包装，另一类是运输包

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装。销售包装一般属于内包装，是在销售过程中与消费者见面的，比如彩盒、白盒、礼品盒等。运输包装一般属于外包装，基本上

长

在销售过程中不和消费见面，其主要作用是方便储存、运输，比如纸箱、瓦楞盒等。

由于激光雕刻在纸包装材料上的制版成本低，仅有树脂版成本的四分之一，所以在

图1-1-2

目前的印刷包装业中普遍采用激光雕刻制版做为瓦楞纸箱包装的印刷版。

激光雕刻机是以打点的方式实现雕刻的，其具有在灰度表现方面的天然优势。为此在雕刻设计时应尽量采用灰度表象形式，这样做的好处是一方面减少了着色工艺，节约了费用；另一方面丰富了雕刻的表现手段，增加了图形的层次。

三、激光雕刻机在工艺业上的应用

激光雕刻工艺品是指采用高能量密集的激光束投射到材料表面上，使材料表面发生物理和化学的变化，从而获得可见图案的雕刻工艺品（图1-1-3)。

激光雕刻工艺品按材质可分为纸制激光雕刻工艺品、布艺激光雕刻工艺品、竹制激光雕刻工艺品、皮革激光雕刻工艺品、树脂激光雕刻工艺品、有机玻璃雕刻工艺品、金属激光雕刻工艺品、珠宝玉石激光雕刻工艺品…

接下来着重为大家介绍的是激光雕刻机在有机玻璃工艺品上的雕刻。

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模块一激光雕刻

我们日常中最常见的亚克力材料，其实就是一种有机玻璃，它很容易被切割和雕刻成有各种各样的形状和大小的物品，并且成本相对来说比较低，于是其理所当然成为雕刻工艺业中最为常用的一种雕刻材料。浇铸方式生产的有机玻璃，它在激光雕刻后产生的霜化效果非常白，与原来透明的质感产生鲜明的对比，可以在雕刻后产生非常好的效果；压延方式生产的有机玻璃，在激光雕刻后依然是透明的，没有一个明显的对比效果，所以相对就比较少用。因此，我们在购买有机玻璃的时候，一定要选择那种高纯度的，否则买回去的有机玻璃材料在雕刻或切割时可能会有融化现象，导致无

图1-1-3

法加工成型。。

四、激光雕刻机在皮革业中的应用

皮革行业使用激光雕刻机打破了传统

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手工和电剪速度慢、难以排版、效率低及材料浪费严重的难题。它具有速度快、操作简单的特点，为皮革行业带来了很大的效益。用户只需要把所要裁剪的图形及尺寸输入电脑，激光雕刻机就会根据电脑上的数据，把整张的材料裁剪成所需要的成品。不用刀具，也不需要模具，同时，还能节省大量人力资源。所以，激光雕刻机在皮革行业得到广泛运用，如图1-1-4所示。

激光切割机相对于传统的皮革加工切割方式存在着众多的优势：它切割出来的皮革边缘不发黄，还自动收边或卷边，不变形，

图1-1-4

不会发硬，尺寸一致且精确；可切割任意复

杂形状；效率高、成本低，电脑设计图形，可切割任意形状、各种大小的花边；加工时对工件没有机械压力；操作安全，维修简单等。

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任务1激光雕刻知识

◇任务简介◇

本任务主要熟悉激光雕刻机中激光产生的原理、激光雕刻机的结构及雕刻原理、激光雕刻机的应用范围及优点、激光雕刻机的使用及注意事项等基础知识，使初学者初步掌握激光雕刻机雕刻加工的基础知识，为下一步学习激光雕刻机操作技能打好基础。

◇学习目标◇

1.了解激光雕刻机的组成。

2.了解激光产生的原理。

3.了解激光雕刻机的应用范围及优点。

4.掌握激光雕刻机的使用及注意事项。

◇知识要点◇

一、激光雕刻机中激光产生的原理

1.普通光源的发光一受激吸收和自发辐射

普通常见光源的发光（如电灯、火焰、太阳等）是由于物质在受到外来能量

(如光能、电能、热能等)作用时，处于低能级E1的原子受到一个外来光子（能

量e==E2-E1)的激励作用，完全吸收该光子的能量而跃迁到高能级E2的过程，

叫作受激吸收。在通常情况下，处在高能级E2的原子是不稳定的。在没有外界影响

时，它们会自发地从高能级E2向低能级E1跃迁，同时放出能量为v的光子，有

=E2-E1:这种与外界影响无关的、自发进行的辐射称为自发辐射。原子的自发辐射

过程完全是一种随机过程，各发光原子的发光过程各自独立、互不关联，即所辐射的光在发射方向上无规则地射向四面八方，另外末位相、偏振状态也各不相同。由于激发能级有一个宽度，所以发射光的频率也不是单一的，而是有一个范围。在通常的热

平衡条件下，处于高能级E2上的原子数密度Z2,远比处于低能级的原子数密度低，

这是因为处于能级E的原子数密度Z的大小随能级E的增加而指数减小，即Z∝exp(-E/kT)，这是著名的波耳兹曼分布规律。在20℃时，全部氢原子几乎都处于基态，要使原子发光，必须外界提供能量使原子到达激发态，所以普通广义的发光包含了受激吸收和自发辐射两个过程。一般说来，这种光源所辐射光的能量是不强的，加上其会

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模块一激光雕刻

向四面八方发射，更使能量分散了。

2.受激辐射

受激辐射和光的放大原子系统的两个能级E2和E1满足辐射跃迁选择定则，当

受到的外来能量=E2-E1的光照射时，处在E2能级的原子有可能受到外来的激励

作用而跃迁到较低的能级E1上去，同时发射一个与外来光子完全相同的光子，这种

原子的发光过程叫作受激辐射。受激辐射的特点是：只有外来光子的能量=E2-E1

时，才能引起受激辐射。受激辐射所发出的光子与外来的特性完全相同，即频率相同、相位相同、偏振方向相同、传播方向相同。受激辐射的结果是使外来的光强得到放大，即光经过受激辐射后，特征完全相同的光子数增加了。受激辐射是在外界辐射场的控制下的发光过程，因而各原子的受激辐射的相位不再是无规则分布，而是具有和外界辐射场相同的相位。在量子电动力学的基础上可以证明：受激辐射光子与入射(激励)光子属于同一光子态：或者说，受激辐射场与入射辐射场具有相同的频率、相位、波矢（传播方向）和偏振，因而是相干的。光的受激辐射过程是产生激光的基本过程。而在量子理论中，一个能级对应电子的一个能量状态。电子能量由主量子数n（=1、2、…)决定。但是实际描写原子中电子运动状态，除能量外，还有轨道

角动量L和自旋角动量5，它们都是量子化的，由相应的量子数来描述。对轨道角动

量，波尔曾给出了量子化公式Ln=nh,但这是不严格的，因这个公工还是在把电子运动看作轨道运动的基础上得到的。严格的能量量子化以及角动量量子化都应该有量子力学理论来推导。量子理论告诉我们，电子从高能态向低能态跃迁时，只能发生在!(角动量量子数)量子数相差±1的两个状态之间，这就是一种选择规则。如果选择规则不满足，则跃迁的几率很小，甚至接近零。在原子中可能存在这样一些能级，

一旦电子被激发到这种能级上时，由于不满足跃迁的选择规则，可使它在这种能级上的寿命很长，不易发生自发跃迁到低能级上。这种能级称为亚稳态能级。但是，在外加光的诱发和刺激下，可以使其迅速跃迁到低能级，并放出光子。这种过程是被“激发”出来的，故称受激辐射。受激辐射的概念是爱因斯坦于1917年在推导普朗克的黑体辐射公式时提出来的。他从理论上预言了原子发生受激辐射的可能性，这是激光的

基础。受激辐射的过程大致如下：原子开始处于高能级E2,当一个外来光子所带的能

量v正好为某一对能级之差E2-E1,则这个原子可以在此外来光子的诱发下从高能级

E2向低能级E1跃迁。这种受激辐射的光子有显著的特点，就是原子可发出与诱发光

子完全相同的光子，不仅频率（能量）相同，而且发射方向、偏振方向以及光波的相位都完全一样。于是，入射一个光子，就会射出两个完全相同的光子，这意味着原来的光信号被放大，这种在受激过程中产生并被放大的光，就是激光

3.粒子数反转

粒子数反转是激光产生的前提。两能级间受激辐射的概率与两能级粒子数的差有

关。在通常情况下，处于低能级E1的原子数大于处于高能级E2的原子数，这种情况

是得不到激光的。为了得到激光的，就必须使高能级E2上的原子数目大于低能级E1

上的原子数目，因为E2上的原子多，能发生受激辐射，使光增强（也叫做光放大）。

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为了达到这个目的，必须设法把处于基态的原子大量激发到亚稳态E2,处于高能级

E2上的原子数就可以大大超过处于低能级E1上的原子数。这样就在能级E2和E1之

间实现粒子数的反转。

二、激光雕刻机的结构及雕刻原理

1.激光雕刻机结构。

激光雕刻机包括激光器和其输出光路上的气体喷头（图1-1-5），其中气体喷头的一端是窗口，另一端是与激光器光路同轴的喷口。激光雕刻机气体喷头的侧面连接着气管，气管与空气或氧气源相连接，空气或氧气源的压力为

0.1-0.3Mpa。激光雕刻机的氧气源中的氧气占其总体积的60%。此外，在激光雕刻机激光器和气体喷头中间的光路上安装有反射镜，从而提高雕刻

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的效率，使被雕刻处的表面光滑、圆润，迅速地降低被雕刻的非金属材料的温度，减少被雕刻物的形变。使用激光雕刻和切割，过程非常简单，如

图1-1-5

同使用电脑和打印机在纸张上打印。

唯一的不同之处是，打印是将墨粉涂到纸张上，而激光雕刻是将激光射到木制品、亚克力、塑料板、金属板、石材等几乎所有的材料上。

①点阵雕刻酷似高清晰度的点阵打印。激光头左右摆动，每次雕刻出一条由一系列点组成的一条线，然后激光头同时上下移动雕刻出多条线，最后构成整版的图象或文字。扫描的图形、文字及矢量化图文都可使用点阵雕刻。

②矢量切割与点阵雕刻不同，矢量切割是在图文的外轮廓线上进行的。我们通常使用失量切割模式在木材、亚克力、纸张等材料上进行穿透切割，也可在多种材料表面进行打标操作。雕刻速度指的是激光头移动的速度，通常用s(英寸/秒)表示。速度也用于控制切割的深度，对于特定的激光强度，速度越慢，切割或雕刻的深度就越大。可利用雕刻机面板调节速度，也可利用计算机的打印驱动程序来调节。在1%到100%的范围内，调整幅度是1%。悍马机先进的运动控制系统可以使用户在高速雕刻时，仍然得到超精细的雕刻质量。

③雕刻强度指射到材料表面的激光强度。对于特定的雕刻速度，强度越大，切割或雕刻的深度就越大。可利用雕刻机面板调节强度，也可利用计算机的打印驱动程序来调节。在1%到100%的范围内，调整幅度是1%。强度越大，相当于速度越大，切割的深度也就越深。

④激光束光斑大小可利用不同焦距的透镜进行调节。小光斑的透镜用于高分辨率

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···试读结束···