基于532nm绿色激光内雕加工工艺设计

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1、基于532nm绿色激光内雕加工工艺设计摘要：目前研究的激光内雕机的重点都放在了工艺研究上，它也是目前制约内雕技术进一步发展的关键因素。本论文根据目前雕刻技术的现状，在现有的内雕工艺的基础上，通过进一步了解激光雕刻原理，设计新的加工工艺。本文以国产 ZT-532B 设备为例，在现有的设备水平和工艺方案下，分析影响因素，通过实验总结各个参数对水晶玻璃的雕刻质量和效率的影响规律，主要研究了以下几个方面：1根据激光内雕原理，分析雕刻的形成过程；2系统分析激光雕刻影响因素，包括功率、焦距、图形点数、雕刻次数；3 在Coreldraw制作所要雕刻图形的矢量图；4 通过实验总结，重点分析了激光雕刻速度、点距

2、离、图形点数及雕刻次数对激光内雕的影响，总结得出了工艺参数优化方案；本篇文章通过对各种参数设置进行试验比对和分析，根据影响雕刻质量的因素隔 出了自己的加工工艺方案，达到了课题研究的目的。关键词：激光雕刻，工艺设计Design of green laser internal carvings based on 532nmAbstract：At present, the focus of the research laser is on the process, and it is also the key factor that restricts the further development

3、 of the inner carving technology. Based on the present situation of engraving technology, this paper, based on the existing internal carving technology, designs new processing technology by further understanding laser engraving principle. This article in domestic ZT-532B equipment, for example, unde

4、r the existing equipment levels and technology of the scheme, the analysis of influence factors, through the experiments of various parameters on the crystal glass carving the influence law of quality and efficiency, mainly studied the following aspects:1. Analyze the forming process of engraving ac

5、cording to the principle of laser engraving;2. The system analyzes the influencing factors of laser engraving, including power, focal length, graphics points and engraving times;3. The vector drawing of the engraving figure to be made in Coreldraw;Through the experiment summary, the influence of las

6、er engraving speed, point distance, figure points and number of engravings on the laser engraving is emphatically analyzed, and the optimization scheme of process parameters is summarized.This article, through the comparison and analysis of various parameter Settings, according to the factors that a

7、ffect the quality of carving, the process plan is separated, and the purpose of the research is achieved.Keywords: laser engraving, Process design目录摘要：I1 绪论11.1引言11.2课题背景及目的和意义11.3激光内雕机的国内外发展现状22 激光雕刻原理32.1 ZT-523B 雕刻机介绍32.1.1设备结构分析32.2.2激光内雕机操作流程42.2激光雕刻原理52.3原理分析62.4制作内雕机矢量图62.4.1位图与矢量图62.4.2位图与矢量

8、图的区别62.4.3制做内雕机矢量图的方法72.5内雕实例82.6使用激光内雕机注意事项93 激光雕刻103.1功率大小的确定103.2焦距对雕刻质量的影响103.3雕刻次数对雕刻质量的影响103.4雕刻点数对雕刻质量的影响123.5研究雕刻速度对激光内雕效率的影响123.6实验结果分析144 工艺设计及作品展示154.1工序卡片设计154.2加工工艺设计164.3作品展示175 结论和展望185.1结论185.2展望18参考文献20致 谢21附件A 外文文献及翻译22III1 绪论 1.1引言随着激光技术的发展，激光雕刻技术成为一门崭新的工业加工技术。计算机图形学、计算机辅助技术、信息技术、

9、工业控制等学科在激光加工领域的交叉渗透，使得激光雕刻的应用范围大大扩展。目前激光雕刻可对多种材料(如玻璃、大理石、 塑料、橡胶等)进行精密雕刻，通过光能导致材料表层发生物理化学变化，最终显示图像或文字。激光玻璃内雕加工技术属于激光雕刻技术的一种，是将脉冲强激光在玻璃内部聚焦，产生微米级大小的汽化爆裂点，通过计算机控制爆裂点在玻璃体内的空间位置，构成绚丽多姿的立体图像，将玻璃工件加工成惹人喜爱的工艺品。 本课题拟在现有雕刻工艺的基础上，以国产ZT-532B雕刻机为例分析研究各种影响因素，通过实验研究的方式，测试各种加工参数对水晶玻璃雕刻质量以及雕刻效率的影响，制定出参数标准和工艺规程,提升雕刻的

10、质量和效率。1.2课题背景及目的和意义随着社会的发展，人们的鉴赏水平有了很大的提高，水晶内雕工艺品不再是超出人们经济能力范围的奢侈品，在发达国家已走进寻常百姓家。这为激光器在内雕行业中的应用带来了强大的动力。目前，水晶内雕机已经完成了由白光机向绿光机、灯泵机向半导体泵普及；工位机向振镜机的转变，内雕的效果越来越好，内雕机的工作效率也越来越高1。中国礼品市场目前虽然种类繁多，但是能达到永久收藏和独特个性的作品很少很少。激光水晶内雕设备提供的水晶内雕个性化立体人像定制服务能将一张普通的平面照片转成3D立体人像，雕刻在透明的水晶玻璃体内，外部无任何损坏，这种表现方式填补了数码照片和艺术雕像的空白。这

11、项技术，给平静的中国礼品盒数码照片市场带来了新的发展机遇2。本课题就影响激光内雕机工作的效率和质量问题展开研究，探讨焦距、雕刻点数、雕刻次数对激光内雕机的影响，从而寻找出最佳的工艺路线。1.3激光内雕机的国内外发展现状世界激光产业的发展按区可划分为美国、欧洲、日本及太平洋地区。市场份额美国约占55%，欧洲约占22%,日本及太平洋地区约占23%，500瓦以下的中、小功率激光器是美国占优势，500瓦以上用于材料加工的高功率激光器是德国占优势，而小功率的半导体激光器则是日本占优势，占世界市场的70%以上2。美国、日本、德国三个国家激光产业的发展代表了当今世界激光产业发展的趋势。德国在激光材料加工设备

12、方面占明显优势，美国在激光医疗及激光检测方面领先在前，日本则在光电子技术方面占首位。这表明各个国家的发展都与他们的自己的工业基础有关。美国之所以在光电子技术方面落后于日本，主要原因是美国的半导体工业落后于日本，因此，美国光电子工业发展协会提出要在光电子工业方面迎头赶上，使美国在光电子世界市场上占有较大的份额。 目前,我国共有5个国家级的激光技术研究中心,10多个研究机构;有21个省、市生产和销售激光产品,主要分布在湖北、上海、江苏和北京;常年有定型产品生产和销售、并形成一定规模的单位有170家,从业人员万余人。据统计, 2015年全国激光市场销售总额累计达到19.11亿元,其中创汇4045.5

13、万元,主要为光通信器件、晶体激光加工设备、激光器、激光医疗设备等。2 激光雕刻原理2.1 ZT-523B 雕刻机介绍 ZT-532B 雕刻机时正大激光雕刻机里较为低端的一类雕刻机，采用的激光器是半导体泵浦固体绿光激光器，这种激光器波长为 532nm，雕刻速度为 800-2000 点/秒，激光频率是 2500Hz，最大功率 500W。最大加工端面为 1200*1200mm7。2.1.1设备结构分析图2.1激光内雕机结构原理图图 2.1 所示的是整个激光雕刻机结构原理图，主要包括了升降工作台、激光镜头、激光器、冷却系统、控制系统等模块构成，外接PC机及相应软件构成一个雕刻机系统，可将其模块划分为三

14、类:工作模块、保护模块、其他辅助设施， 前两者是整个设备核心所在，工作模块如激光镜头、激光器、升降台等是直接参与加工，保护模块例如急停控制、冷却系统，作为设备的保护，在开启设备时一定要确保这部分要启动，否则将造成设备损坏，甚至可能对人造成伤害。 图2.2 激光内雕机主视图 图2.3 软件界面展示 图2.2为正天ZT-523B激光内雕机主视图，2.3为激光内雕软件打开界面。其中A为模型位置与尺寸设定栏，B参数设定栏，C栏主要包含点、线、面模式，由章节3.4可知，基本选择面模式，D为优化与加工选项，E为调整工件选项。2.2.2激光内雕机操作流程1开机1确认电压是否为220V，确认机器连接线是否连接

15、，确认无误后将设备外供电电源闸闭合；2将急停开关EMERGENCY顺时针旋转使之处于释放状态；3打开设备电源，将钥匙插入开关LOCK顺时针旋转至180至按键START按键，启动系统；4将钥匙从顺时针旋转180的START按键处逆时针旋转90；5打开显示器，打开激光内雕软件；6按下激光器电源开关LASER ON电流表显示当前的电流；7将电流表缓慢、匀速调至可以雕刻的电流值，报警指示灯没有报警即可；8选择所要雕刻的图片，并在内雕软件中打开，然后调整位置；9使用千分尺测量工件的长宽高，和试雕工件的长宽高并记录；且设置参数。例如工件大小、物料高度、点距离、频率、雕刻次数并生成点云；2试打10在工作台上

16、放置有机玻璃试件，并且固定位置；11点击内雕选项，调整工作台位置，使其处于初始位置之后再开始内雕，此次目的是试雕，且找到电脑屏幕的位置与工作台工件的位置关系；3精雕12重新设置电脑上的参数,所需要雕刻的工件的大小为25，物料高度为8，点距离为0.05mm，点数为20万，雕刻次数为1次；并点击参数设为默认；13点击生成点云，电脑显示屏中图像的颜色变为白色即为已经生成了点云；14点击内雕选项，其后调整工作台位置，使其处于初始位置之后再开始内雕；4关机15雕刻完成以后取出工件，关闭电脑，关闭激光器电源开关LASER ON，电流表显示初始值电流；16将钥匙从开关LOCK按键处逆时针旋转90，关闭设备电

17、源；17将设备外供电电源闸打开。2.2激光雕刻原理激光要能雕刻水晶玻璃，其能量密度须大于使玻璃破坏的某一临界值，或称阈值激光在某处的能量密度与它在该点光斑的大小有关。同一束激光，光斑越小的地方产生的能量密度越大4。这样，通过适当聚焦，就可以使激光的能量密度在进入玻璃之前就到达加工区低于玻璃的破坏的临界值，但在希望被加工的区域则要超过这一临界值。激光在极短的时间内会产生脉冲，其能量能够在瞬间使水晶受热破裂，从而产生极小的白点，在玻璃内部雕出预定的形状，而玻璃或水晶的其余部分则保持了完好无损。2.3原理分析激光内雕的原理是光的干涉现象。将两束激光从不同的角度射入透明物体（如玻璃、水晶等）准确地交汇

18、在一个点上。由于两束激光在交点上发生了干涉，其能量由光能转换为内能，释放出大量的热量，将该点融化，形成微小的空洞。由机器准确地控制两束激光，在不同位置上交汇，制造出大量微小的空洞，最后由这些大量的空洞就形成了所需要的图像，这就是激光内雕的原理4。在激光雕刻时，就不用担心射入的激光会融掉一直线上的物质，因为激光在穿过透明物体时维持光能形式，不会产生多余热量，只有在两束光汇合产生干涉的地方才会转化为内能并融化物质。2.4制作内雕机矢量图2.4.1位图与矢量图（1）位图图像称为点阵图像，位图是使用我们称为像素的一格一格的小点来描述图像的，将其图像放大至最大就会发现图像出现马赛克现象。（2）矢量图是依

19、据几何特性来绘制图形，是用线段和曲线描述图像，其可以是一个点或一条线，矢量图只能依靠软件转化生成，矢量图文件占用内在空间较小，因为这种类型的图像文件包含独立的分离图像，可以自由无限制的重新组合。2.4.2位图与矢量图的区别矢量图与分辨率无关，可以将它缩放到任意大小和以任意分辨率在输出设备上打印出来，这样不会影响其清晰度，而位图是由一个一个像素点产生，当放大图像时，像素点也放大了，但每个像素点表示的颜色是单一的，所以在位图放大后就会出现平时所见到的马赛克状。2.4.3制做内雕机矢量图的方法1在Coreldraw中导入所要的制作的图片，或者用鼠标左键按住图片直接拖拽进Coreldraw里面。2用鼠

20、标左键点击图片，选中。3使用工具“描摹位图”选中高质量图像，因为高质量图像比低质量图像做出来效果好一些。如图2.4图2.4制作矢量图4点击“描摹位图”中的“高质量图像”后出现了详细的细节调节框。根据需要进行适当的调整，然后点击确定。如图2.5所示2.5制作矢量图5此时描摹好的图像跟原图重叠在一起了，可以使用鼠标左击拖动。拖出来的就是描摹好的矢量图了。这样简单的位图转化矢量图就完成了。如图2.6所示图2.6矢量图展示2.5内雕实例1制作矢量图(本文所使用矢量图如图所示2,7)目前可以将位图转化成矢量图的软件有很多，例如photoshop等，本文结合章节2.4.3，制作出矢量图，保存格式为DXF文

21、件格式。2导入软件，设置参数（1）材料尺寸：30mm*40mm*8mm（2）模型尺寸设置：X-Y-Z：25mm-24.973mm-1.936mm（3）物料高度：8mm图2.7雕刻矢量图 图2.8雕刻页面3雕刻工件 参数确定之后选择雕刻选项，选择工作台归零，然后点击开始加工。2.6使用激光内雕机注意事项1操作前请先穿戴好工作制服、激光防护眼镜等保护用具；2检查使用的供电电源是否与设备要求的相符；3检查设备的连线是否连接可靠，有无松动，确认无误才打开电源；4移开所有不相关的物品，保证设备的工作环境满足基本要求；5在调整电流达到所需要的预定值的时候需要匀速增加电流；6每一次启动激光内雕机都一定要试打

22、一次，找出电脑上的位置对应工作台上的位置；7每次内雕都要调整工作台位置，使其处于初始位置；8所需要雕刻的内容一定要在工件的正中心。3 激光雕刻3.1功率大小的确定激光要能雕刻玻璃，其能量密度必须大于使玻璃破坏的某一临界值,功率的大小 决定着激光能量的大小。常见的激光雕刻材料是人造水晶玻璃，其材料虽然是人造水晶，但是其本质是玻璃而非水晶，功率过小则无法在水晶玻璃上雕刻出痕迹或雕刻痕迹太浅，功率过大材料会出现裂痕，从而导致整个工件报废!由于人为在制作时会出现材料材质不均匀的情况，在雕刻中对应合适的功率显得尤为重要。由于现在的雕刻技术发展程度还没有达到设备自动完成功率大小的确定， 因此不同的材料我们

23、加工前一般都要进行简单的测试，调试在不同功率下试样上加工出一个清晰的痕迹，而此时我们一般在这个功率上下再取几个值同样的去加工几组工件，然后对比各组情况确定出一个相对适合的功率。由于功率大小会造成爆点大小的变化，在点数较为密集的时候我们一般会取一个比上述值小一点的功率值，以此来保证整个模型的一致性。本次试验所使用的雕刻功率对比为50A与40A，由于30A的功率太小，所要雕刻的内容图像不清晰，因此取消其对比试验。3.2焦距对雕刻质量的影响焦距是决定焦点的位置，也就是说它影响着在水晶玻璃中，图像生成的位置，从而影响着加工的效果。雕刻一件良好的作品，就要使雕刻所生成的图形呈现在水晶玻璃的中心，那么在开

24、始做作品之前，调节焦距是至关重要的，3.3雕刻次数对雕刻质量的影响如图3.1为雕刻次数原理图，其中A、B、C的厚度代表模型高度，当内雕一次时，由于激光加工是自下而上的加工方式，因此C位置最先在人造水晶内发生爆炸，故而言之，A为最后发生的爆炸点。当第二次内雕时，A层最先接触激光，由于第一次加工使其已经存在了爆炸点，也就是其位置已 经不像没有雕刻前那么透明了，因此激光光线很难再穿过这里，当激光最先与A层接触后，A层吸收了大部分的能量，也就是说A层最容易发生裂痕，C层由于吸收的能量少而无法在顶面完好的情况下，保证底层被再次加工出很清晰的点。当出现有些区域加工的痕迹不清楚或者不清晰，则最好检查在制图时

25、该区域的点是否分布过少，若以多次加工来改善这个问题，则人工水晶会出现裂痕。 图3.1雕刻次数原理图一、在50A电流下，1）点间距为0.04mm时，内雕一次，工件碎裂；2）点间距为0.05mm时，内雕一次，工件完整且呈现清晰、完整的图案；3)点间距为0.05mm时，内雕两次，工件有瑕疵；4)点间距为0.055mm时，内雕一次，工件完整且呈现清晰、完整的图案；5）点间距为0.055mm时，内雕两次，工件有瑕疵二、在40A电流下1)点距离为0.04mm，内雕一次，工件破碎；2)点距离为0.05mm，内雕一次，工件破碎；3)点距离为0.055mm，内雕一次，工件完整且呈现清晰、完整的图案；4)点距离为

26、0.055mm，内雕两次，工件有瑕疵。如表3.1 研究雕刻次数对激光内雕质量的影响表3.1 雕刻次数对激光内雕质量的影响电流（A）点间距（mm）次数（次）结果500.041破碎0.051完整0.052有瑕疵0.0551完整0.0552有瑕疵400.041破碎0.051破碎0.0551完整0.0552有瑕疵3.4雕刻点数对雕刻质量的影响激光内雕的图案、文字等都是由一个个点爆炸构建出来的，当图像导入设备软件中，都是优化为一个个点，设备软件提供了三种优化模式，分别是点、线、面三种，在试验中我们发现面模式只和图形的大小相关，无论对图案如何优化，生成的点数都基本保持不变，而点和线有一定的变化，如表格3.

27、2所示：表3.2雕刻点数对雕刻质量的影响分类组别点模式（点数）线模式（点数）面模式（点数）1912272825134556280886602413455637264607711345564662256766134556从表2中可以看出当改变一些参数时点模式与线模式基本满足线性变化，而面模式点数保持不变，则可以认为当尺寸参数相同，面模式是将该图形所占据的空间按照一定的排布规律均匀填充，故当图形尺寸不变的情况下该模式下点数保持不变。 一般来说加工出来的爆炸点直径大概是 0.1mm，所以来说两个点之间的距离一 般要大于这个数值，如果小于这个数值就会出现爆点重叠，工件内部极易出现清 晰可见的裂痕，从而

28、影响加工效果甚至报废掉工件，因此在对点数进行处理时可以以此作为参考。3.5研究雕刻速度对激光内雕效率的影响雕刻速度影响着激光内雕机机的效率，那么选择合适的雕刻速度尤为重要。此节就对雕刻速度与雕刻效率的关系做了深入研究，因此在对雕刻速度上可以以此作为参考。1）40A电流，雕刻速度为500点/秒，所用时间为00:02:2140A电流，雕刻速度为750点/秒，所用时间为00:02:0740A电流，雕刻速度为1000点/秒，所用时间为00:02:0240A电流，雕刻速度为1250点/秒，所用时间为00:01:5740A电流，雕刻速度为1500点/秒，所用时间为00:01:5440A电流，雕刻速度为17

29、50点/秒，所用时间为00:01:5240A电流，雕刻速度为2000点/秒，所用时间为00:02:0140A电流，雕刻速度为2500点/秒，所用时间为00:01:5140A电流，雕刻速度为3000点/秒，所用时间为00:01:5740A电流，雕刻速度为4000点/秒，所用时间为00:02:01如表3.3是在40A电流下雕刻速度与其效率的关系表3.3 40A电流下雕刻速度与所用时间的关系电流雕刻速度所用时间40A50000:02:2140A75000:02:0740A100000:02:0240A125000:01:5740A150000:01:5440A175000:01:5240A20000

30、0:02:0140A250000:01:5140A300000:01:5740A400000:01:512）50A电流，雕刻速度为500点/秒，所用时间为00:02:1550A电流，雕刻速度为750点/秒，所用时间为00:02:0250A电流，雕刻速度为1000点/秒，所用时间为00:01:5550A电流，雕刻速度为1250点/秒，所用时间为00:01:5150A电流，雕刻速度为1500点/秒，所用时间为00:01:4950A电流，雕刻速度为1750点/秒，所用时间为00:01:4750A电流，雕刻速度为2000点/秒，所用时间为00:01:5550A电流，雕刻速度为2500点/秒，所用时间为

31、00:01:5750A电流，雕刻速度为3000点/秒，所用时间为00:01:5550A电流，雕刻速度为4000点/秒，所用时间为00:01:52如图如表3.4是在50A电流下雕刻速度与其效率的关系表3.4 50A电流下雕刻速度与所用时间的关系电流雕刻速度所用时间50A50000:02:1550A75000:02:0250A100000:01:5550A125000:01:5150A150000:01:4950A175000:01:4750A200000:01:5550A250000:01:5750A300000:01:5550A400000:01:523.6实验结果分析通过上述实验总结出激光内

32、雕质量和效率的影响因素，首先在设备参数上， 功率大小直接影响着模型加工是否清晰，焦距位置决定模型的加工位置；其次从模型上看，点数不仅影响模型效果，也直接影响加工效率。焦距是一个设定后就不需要更改的参数，对雕刻的影响主要在于模型的排版上，没有一个合适的起始焦点位置，我们就不知道如何通过参数上的设置，把模型放置到想要的位置上。而焦距的调试也相对简单，一个简单的模型，通过调节参数，让其逐渐靠近中点，设定此时的焦距值保存即可。功率和点数之间存在一定的联系，功率大小决定着加工点的半径大小，而两点之间最合适的距离正好等于或略大于加工点的直径。雕刻速度影响着激光内雕机的效率，雕刻速度为1750时，雕刻一块工

33、件所需的工时最少。4 工艺设计及作品展示4.1工序卡片设计查阅相关文献资料，目前还没有有关激光内雕机的工艺卡片制作规范，这里主要是在现有机械加工工序卡片的基础上做了些许修改，存在了一定的不规范和不完善的地方，这里只是希望可以通过这种方式帮助初次接触激光内雕的人，更快的了解使用方法，提高雕刻作品的效率和雕刻质量。如图表5为工序卡片表5工序卡片单位激光内雕工艺 过程产品型号加工模型尺寸x*y*z（mm）产品名称模型位置 要求水晶中间毛坯种类水晶玻璃毛坯外形 尺寸X*Y*Z备 注工序号工序名称工序内容相关方法工时1制作矢量图讲位图转化成矢量图，优化了所要雕刻内容的清晰度优化所用时间2焦距测试测试起始

34、焦点位置，实验法3功率测试适当的增加激光内雕机的电流值实验法4加工位置确定确定模型在坯料中的 位置，工作台上放一张深色 纸，刻出一个与毛坯 地面相同的矩形（实 验法）5设置加工参数设置模型尺寸参数和 坯料尺寸模型尺寸（xyz）、模型 在工作台位置（XYZ） 及坯料高度 H6对坯料进行加 工放置坯料、导入模型进 行加工加工所用时间编制审核4.2加工工艺设计1确认电压是否为220V，确认机器连接线是否连接，确认无误后将设备外供电电源闸闭合；2将急停开关EMERGENCY顺时针旋转使之处于释放状态；3打开设备电源，将钥匙插入开关LOCK顺时针旋转至180至按键START按键，启动系统；4将钥匙从顺时

35、针旋转180的START按键处逆时针旋转90；5打开显示器，打开激光内雕软件；6按下激光器电源开关LASER ON电流表显示当前的电流；7将电流表缓慢、匀速调至可以雕刻的电流值，报警指示灯没有报警即可；8选择所要雕刻的图片，并在内雕软件中打开，然后调整位置；9使用千分尺测量工件的长宽高，和试雕工件的长宽高并记录；且设置参数。例如工件大小、物料高度、点距离、频率、雕刻次数并生成点云；10在工作台上放置有机玻璃试件，并且固定位置；11点击内雕选项，调整工作台位置，使其处于初始位置之后再开始内雕，此次目的是试雕，且找到电脑屏幕的位置与工作台工件的位置关系；12内雕结束后点击返回，在内雕机工作台上换上

36、所需要雕刻的工件并放置在上次试雕的位置；13重新设置电脑上的参数,所需要雕刻的工件的大小，物料高度，点距离，点数，雕刻次数；并点击参数设为默认；14点击生成点云，电脑显示屏中图像的颜色变为白色即为已经生成了点云；15点击内雕选项，其后调整工作台位置，使其处于初始位置之后再开始内雕；16雕刻完成以后取出工件，关闭电脑，关闭激光器电源开关LASER ON，电流表显示初始值电流；17将钥匙从开关LOCK按键处逆时针旋转90，则关闭设备电源；18将设备外供电电源闸打开。4.3作品展示如图4.1为经过工艺设计之后通过激光内雕机雕刻的作品。图4.1 作品展示5 结论和展望5.1结论本论文以国产ZT-532

37、B正天激光内雕机为例，分析了设备的结构与原理，着重深入地研究了激光内雕机的原理，实际操作与总结优化了常规的操作流程，并且从实际操作中反思与总结自己所遇到的问题，从各个方面分析研究了影响激光内雕的质量和效率的问题，通过实验数据得人对比，得出了最佳的加工路线，重点分析研究的是：功率大小、焦距、图像点数和雕刻次数对雕刻质量的影响。功率的大小决定了图像是否能被雕刻上与所雕刻在水晶玻璃上图像的清晰程度；图像点数的分布，也影响着雕刻图像的效果；焦距影了我们起始加工的位置，是图像在水晶玻璃中位置是否在中间的关键所在。我们通过对各项实验进行的研究，总结各个参数的数和对水晶玻璃雕刻质量和效率的影响，优化了加工工

38、艺，并总结制定了工序卡片。在归纳了实验数据和实验的现象以后得出了以下结论和建议：（1）焦距是模型被雕刻在水晶中位置的影响因素，设备软件默认的是模型的中心，因此为了便于确定加工的位置，通常设置起始加工位置是在水晶高度中点上。（2）雕刻点数指的是雕刻某一个模型总共雕刻的点数，对雕刻质量和效率都有直接影响，特别是复杂模型点数分布不均匀，加工过程中极易出现局 部裂痕，影响雕刻质量。同时从视觉上看适当的减少点数，对整个雕刻效果没有影响，反而缩短了雕刻时间，提高效率。（3）由水晶內雕的成像原理可知，首次加工后，底层雕刻点上的能量会受到上面点的影响，一次加工基本就决定了整个加工的效果，其后的多次加工只能轻微

39、修正之前欠缺的地方，且多次雕刻极易造成上层出现裂痕，如果需要多次加工，应当逐次减小功率。（4）功率影响雕刻点的半径大小，视觉上就是雕刻图案的清晰程度。5.2展望激光作为20世纪最伟大的发明之一，其受到了世界各国的关注，尤其是发达国家，他们在激光内雕这个方面的研究，更是早已多达了一个世纪，通过很多年的不断研究与发展，如今激光加工成功的应用在了诸多行业中，但是由于激光技术巨大的潜力，我国也开始十分重视这方面的技术研究，并且也取得了很大的突破与成就，但与发达国家仍然存在有较大的差距。激光雕刻技术工艺的优化，将会提高我国激光设备的工艺水平，并且推动激光产业进一步的推广至，应用到各个行业，目前我国不管是

40、机械加工技术，还是工艺品加工技术都停留在了传统的操作模式下，而激光雕刻工艺设计不仅仅对其自身的一大进步，而且对其他激光产业也会起到借鉴的作用。本文就以国产ZT-532B 型激光内雕机为例对其工艺雕刻效率与雕刻质量做了深入研究，归纳并总结出激光加工技术常用的工艺参数，其对于激光生产有一定的指导性意义。在后续的深入研究工作中，应进一步的增加多种材料和在不同环境下使用的试验研究，总结出各种加工材料的加工质量和效率与工艺参数的关系，建立一个完善的数据库，可供使用者参考。目前大部分激光设备受加工环境限制，主要是因为目前采用的大多是通过激光工作台上下移动来加工的，其加工范围肯定因为机器的尺寸而限制。目前来

41、说光栅尺和位置检测器技术已经相当成熟了，采用激光感应来加工，这样可以便于复杂轨迹的集成与标刻，因此会大大减小设备的体积。这种模式的雕刻技术，将成为未来激光设备发展的趋势。参考文献1 国外激光技术发展与应用DB/OL.http:/.2007-10.2 郑锦生.激光雕刻技术的发展M.广州:质量技术监督局.2006：313 梁荆文，莫志杰，朱瑞，张扬. 激光内雕机的快速定位及防水自动预警装置，2015.4 胡兴军,刘向阳. 激光切割的基本原理及新进展.高新技术,2004.11.5 陈苗海.中国激光加工产业现状及发展前景.激光与红外,2004.6 苏维均,刘赘拮,王群. 激光内雕机的使用及相关问题的解

42、决方案J.中国工商大学学报 2008.7 田兴志激光加工现状及 2l 世纪的展望激光应用J光机电信息，2003.8 杨林丰，曹雪璐，罗婕，宋珂. 激光内雕加工工程训练项目的建设，2016.9 陈结龙. 三维激光扫描与激光内雕的结合使用，2017.10 夏明祥，石光林，陈晨，宋恩权. 逆向工程与激光制造技术在工艺品上的应用研究，2016.11 付星斗,王平江,唐小琦,陈吉红.基于焦点能量均衡的激光内雕刻路径优化J.中国机械工 程，2008.12 杨林丰，赖涌丹，罗伟健，嫣然.逆向工程在激光内雕中的应用研究，2017.13 袁进峰.激光雕刻工艺优化及理论研究D.河北：河北工业大学.2009致 谢在

43、论文即将完成之际，感谢我的指导老师田浩。在论文撰写的整个过程中，从论文选题、到撰写开题报告、最后到正文撰写，田老师都提出了很多宝贵意见。给我感受最深的是田老师严谨治学的态度，无论从格式规范、论文要点、还是文章结构，田老师都不厌其烦，给予我及时的帮忙，使我能够最后顺利完成论文写作工作。 在此我要感谢所有帮助过我的老师，他们无私的奉献精神和严谨的治学态度，不仅仅使我对专业知识有了更进一步的理解，将理论和自己的实践互相印证，受益匪浅，而且使我能够将所学理论应用于对现实问题的分析和解决，并在学习工作上的能力得到极大的提高。感谢我的各位同学，是他们的无私帮助让我感受到校园的温暖，在我的论文写作过程当中，

44、许多同学为我带给了极大地支持，在此一并表示感谢。感谢我的父母，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。附件A 外文文献及翻译English literature：Five-axis milling machine tool kinematic chain design and analysis1. IntroductionThe main design specifications of a machine tool can be deduced from the following principles: The kinematics should provide suffici

45、ent flexibility inorientation and position of tool and part. Orientation and positioning with the highest possiblespeed. Orientation and positioning with the highest possibleaccuracy. Fast change of tool and workpiece. Save for the environment. Highest possible material removal rate.The number of ax

46、es of a machine tool normally refers to the number of degrees of freedom or the number of independent controllable motions on the machine slides.The ISO axes nomenclature recommends the use of a right-handed coordinate system, with the tool axis corresponding to the Z-axis. A three-axis milling mach

47、ine has three linear slides X, Y and Z which can be positioned everywhere within the travel limit of each slide. The tool axis direction stays fixed during machining. This limits the flexibility of the tool orientation relative to the workpiece and results in a number of different set ups. To increa

48、se the flexibility in possible tool workpiece orientations, without need of re-setup, more degrees of freedom must be added. For a conventional three linear axes machine this can be achieved by providing rotational slides. Fig. 1 gives an example of a five-axis milling machine.2. Kinematic chain dia

49、gram To analyze the machine it is very useful to make a kinematic diagram of the machine. From this kinematic (chain) diagram two groups of axes can immediately be distinguished: the workpiece carrying axes and the tool carrying axes. Fig. 2 gives the kinematic diagram of the five-axis machine in Fi

50、g. 1. As can be seen the workpiece is carried by four axes and the tool only by one axis.The five-axis machine is similar to two cooperating robots, one robot carrying the workpiece and one robot carrying the tool.Five degrees of freedom are the minimum required to obtain maximum flexibility in tool

51、 workpiece orientation,this means that the tool and workpiece can be oriented relative to each other under any angle. The minimum required number of axes can also be understood from a rigid body kinematics point of view. To orient two rigid bodies in space relative to each other 6 degrees of freedom

52、 are needed for each body (tool and workpiece) or 12 degrees. However any common translation and rotation which does not change the relative orientation is permitted reducing the number of degrees by 6. The distance between the bodies is prescribed by the toolpath and allows elimination of an additi

53、onal degree of freedom, resulting in a minimum requirement of 5 degrees.3.Literature review One of the earliest (1970) and still very useful introductions to five-axis milling was given by Baughman 1 clearly stating the applications. The APT language was then the only tool to program five-axis conto

54、uring applications. The problems in postprocessing were also clearly stated by Sim 2 in those earlier days of numerical control and most issues are still valid. Boyd in Ref. 3 was also one of the early introductions. Beziers book 4 is also still a very useful introduction. Held 5 gives a very brief

55、but enlightening definition of multi-axis machining in his book on pocket milling. A recent paper applicable to the problem of five-axis machine workspace computation is the multiple sweeping using the Denawit-Hartenberg representation method developed by Abdel-Malek and Othman 6. Many types and des

56、ign concepts of machine tools which can be applied to five-axis machines are discussed in Ref. 7 but not specifically for the five-axis machine. he number of setups and the optimal orientation of the part on the machine table is discussed in Ref. 8. A review about the state of the art and new requir

57、ements for tool path generation is given by B.K. Choi et al. 9. Graphic simulation of the interaction of the tool and workpiece is also a very active area of research and a good introduction can be found in Ref. 10.4. Classification of five-axis machines kinematic structure Starting from Rotary (R)

58、and Translatory (T) axes four main groups can be distinguished: (i) three T axes and two R axes; (ii) two T axes and three R axes; (iii) one T axis and four R axes and (iv) five R axes. Nearly all existing five-axis machine tools are in group (i). Also a number of welding robots, filament winding ma

59、chines and laser machining centers fall in this group. Only limited instances of five-axis machine tools in group (ii) exist for the machining of ship propellers. Groups (iii) and (iv) are used in the design of robots usually with more degrees of freedom added. The five axes can be distributed betwe

60、en the workpiece or tool in several combinations. A first classification can be made based on the number of workpiece and tool carrying axes and the sequence of each axis in the kinematic chain. Another classification can be based on where the rotary axes are located, on the workpiece side or tool s

61、ide. The five degrees of freedom in a Cartesian coordinates based machine are: three translatory movements X,Y,Z (in general represented as TTT) and two rotational movements AB, AC or BC (in general represented as RR).Combinations of three rotary axes (RRR) and two linear axes (TT) are rare. If an axis is bearing the workpiece it is the habit of noting it with an additional accent. The five-axis machine in Fig. 1 can be characterized by XYABZ. The XYAB axes carry the workpiece and the Z-