【摘要】：激光切割具有高質(zhì)量、高柔性、高效率等優(yōu)點(diǎn),是工業(yè)應(yīng)用最廣泛的激光加工技術(shù)。傳統(tǒng)的激光切割中,激光束軸線與輔助氣體軸線同軸,以保證激光切割加工質(zhì)量在各個(gè)切割前進(jìn)方向上的一致性。采用激光束軸線與輔助氣體不同軸——即離軸式激光切割可以有效地提高激光切割的質(zhì)量和效率。為了保證離軸式激光切割的加工精度和加工效率,需要采用一種能夠?qū)す饨裹c(diǎn)的軸線與輔助氣體軸線相對(duì)位置的實(shí)時(shí)控制、結(jié)構(gòu)緊湊且響應(yīng)速度快的驅(qū)動(dòng)器。本文依據(jù)傳熱學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)理論,描述了離軸激光切割區(qū)域,通過傳熱方程、湍流模型和多相流模型,建立離軸激光切割有限元模型,分析輔助氣體在離軸激光切割過程的氣流場,研究氣體與被加工件相互作用的機(jī)理。根據(jù)氣流場的仿真結(jié)果,分析了離軸距離對(duì)氣流的壓力、速度和剪切力的分布影響規(guī)律及離軸距離對(duì)于噴嘴出口到切割前沿上端的區(qū)域和切割前沿下端的區(qū)域的流場結(jié)構(gòu)的影響。通過改變激光切割參數(shù)對(duì)離軸式激光切割進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了離軸式激光切割是提高激光切割質(zhì)量和切割效率的途徑之一。在離軸式激光切割有效性的基礎(chǔ)上,本文設(shè)計(jì)了一種電磁驅(qū)動(dòng)平臺(tái)。該平臺(tái)采用軸向均勻分布3對(duì)環(huán)形永磁鐵和柱形永磁鐵,為平臺(tái)提供水平回復(fù)力;徑向采用3組差動(dòng)控制電磁鐵為平臺(tái)提供水平驅(qū)動(dòng)力,實(shí)現(xiàn)在X、Y方向的平動(dòng)和X、Y平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的各個(gè)參數(shù),分別對(duì)離軸式激光切割焦點(diǎn)控制驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的電磁鐵和永磁體進(jìn)行了理論計(jì)算、有限元分析和實(shí)驗(yàn)研究,明確了驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的力學(xué)特性。建立離軸式激光切割機(jī)焦點(diǎn)控制系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。利用Matlab建立模糊控制器,并采用Matlab/Simulink對(duì)平臺(tái)進(jìn)行仿真特性分析。最后采用dSPACE1103/controldesk和Matlab/Simulink實(shí)時(shí)無縫連接的功能,進(jìn)行了響應(yīng)特性、位置控制特性和轉(zhuǎn)角控制特性實(shí)驗(yàn)研究。仿真分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明離軸式激光焦點(diǎn)控制系統(tǒng)具有良好的可控性,為離軸式激光切割技術(shù)的運(yùn)用提供了依據(jù)。
【圖文】：

圖 1.1 激光切割原理圖Fig. 1.1 The illustrative diagram of laser cutting按其切割機(jī)理的不同，大致可分為四種切割方法[20]：（1）汽化切割

7e 表面條紋 f 熱影響區(qū)寬度圖 1.2 切割質(zhì)量的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)Fig.1.2 The main evaluation indexes of cutting quality
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG485

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本文編號(hào)：2710883