三維五軸激光切割機(jī)床作為切割復(fù)雜曲面三維件的激光加工設(shè)備，在歐洲、日本已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，而且市場需求越來越大，20世紀(jì)70～80年代，歐、意、日等國家已相繼開發(fā)三維激光切割機(jī)，技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)比較成熟，機(jī)床原始定位精度也達(dá)到10um級(jí)，是一種能真正地對(duì)三維件進(jìn)行精密激光切割加工的高端設(shè)備。
然而，由于我國激光加工設(shè)備起步較晚，尤其是三維五軸激光切割機(jī)床的制造幾乎還是空白。長期以來，國內(nèi)高端三維激光加工市場一直由國外廠家壟斷，銷售價(jià)格和維護(hù)成本也非常昂貴。為適應(yīng)國內(nèi)對(duì)三維激光加工越來越龐大和戰(zhàn)略性地市場需求，大族激光在2010年就積極地對(duì)三維五軸機(jī)床進(jìn)行了研發(fā)試制，并取得了突破性進(jìn)展。
圖1 三維五軸激光切割機(jī)床
三維五軸激光切割機(jī)簡介
三維五軸激光切割機(jī)（圖1）主要適用于航空航天、汽車制造、工程機(jī)械、模具、健身器材等領(lǐng)域的碳鋼、不銹鋼、鈦合金、鋁合金等材料的三維精密柔性加工。該設(shè)備具有以下特點(diǎn)：
⑴高架龍門式結(jié)構(gòu)，橫梁移動(dòng)，擁有充分的加工空間。
⑵光纖激光器電光轉(zhuǎn)換率高，比相同功率CO2激光器能耗低60%，免光路維護(hù)，激光器無氣體消耗，設(shè)備運(yùn)行成本低。
⑶三維頭實(shí)現(xiàn)n×360°無限旋轉(zhuǎn)，從切割到焊接，加工頭快速更換，無需調(diào)節(jié)，提供更穩(wěn)定的加工。
傳統(tǒng)三維件的加工方式不僅效率低下，而且切割效果也很粗糙，還經(jīng)常因?yàn)檫_(dá)不到切割精度而造成工件報(bào)廢。采用三維五軸激光切割機(jī)床，不僅切割精度高，而且切割端面質(zhì)量光滑，配備三維離線編程軟件，結(jié)合穩(wěn)定可靠的工件夾具，對(duì)客戶的批量化工件可以真正做到一次編程、無限切割，保證工件品質(zhì)的始終如一。
大族激光在三維五軸激光切割機(jī)床研發(fā)立項(xiàng)之初，就前瞻性地提出采用新興的光纖激光器，相比市場上普遍搭配的CO2激光器，具有無可比擬的節(jié)能優(yōu)勢(shì)和維護(hù)優(yōu)勢(shì)。同樣功率的激光器，光纖激光器要比CO2激光器電耗低60%，且沒有激光器氣體消耗，光纖激光器也幾乎無需光路維護(hù)。大族激通過提供最前沿的激光加工系統(tǒng)解決方案與及時(shí)高效的本地化服務(wù)，為用戶創(chuàng)造最大價(jià)值。
經(jīng)過幾年的沉淀，大族激光在三維五軸柔性機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同的客戶需求，已經(jīng)陸續(xù)開發(fā)了定梁—工作臺(tái)移動(dòng)、懸臂式等結(jié)構(gòu)形式的三維五軸激光切割機(jī)床以適應(yīng)不同行業(yè)的需求，并且都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)順利投產(chǎn)。同時(shí)在機(jī)型的配置上，還可以為客戶提供“私人定制”服務(wù)，配備電動(dòng)工作臺(tái)、平板和三維件切換工作臺(tái)、數(shù)控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、全封閉式集成防護(hù)罩、環(huán)保型除塵器等以適應(yīng)客戶的個(gè)性需要。
加工實(shí)例
三維五軸激光切割機(jī)加工技術(shù)在現(xiàn)代汽車零部件制造中的優(yōu)勢(shì)已成為現(xiàn)代汽車制造不可或缺的技術(shù)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工切割+沖裁模制造方式已成為國際上大力發(fā)展的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。
眾所周知，在模具的制作過程中，修邊、沖孔工序一直是模具制造過程中的難點(diǎn)，特別是一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的斜切、斜沖、斜翻等大型汽車模具。修邊線如果采用傳統(tǒng)的制作方式的確十分困難，且需反反復(fù)復(fù)摸索幾次甚至十多次，給鉗工、加工設(shè)備帶來了極大的工作量。不但對(duì)鉗工的技能水平提出了較高的要求，而且會(huì)嚴(yán)重地影響后工序模具的調(diào)試。且現(xiàn)實(shí)中有很多修邊、沖孔模的切刃材質(zhì)從成本上考慮采用了合金鋼，如Cr12、Cr12MoV等。如果采用傳統(tǒng)的修邊模制作方法，就難免會(huì)對(duì)刃口進(jìn)行多次堆焊。由于諸如上面的材料在進(jìn)行多次堆焊的過程中，容易開裂而致使鑲件報(bào)廢，不得不重新補(bǔ)料再加工。這樣，不但周期會(huì)被滯后，而且模具的制作成本也會(huì)大幅增加。
如果采用三維五軸激光切割機(jī)，在開發(fā)汽車零件時(shí)，拉延模樣件試模成功后，就可以用激光切割來替代修邊、沖孔工序，把切割所得的樣件直接用于下一道翻邊工序進(jìn)行試模，把所得的最終樣件與檢具進(jìn)行比較，如果有差異，通過計(jì)算機(jī)對(duì)上次的修邊線進(jìn)行修整再次切割，直至成功。圖2所示為典型的三維五軸光加工零部件。
整個(gè)過程節(jié)省了兩道工序，完全改變了傳統(tǒng)的單線串行制作方式，很大程度上縮短了工藝流程和降低了模具制作成本。基于三維五軸激光切割機(jī)加工技術(shù)在現(xiàn)代模具制作的過程中有著這樣明顯的優(yōu)勢(shì)，因此，倍受很多模具企業(yè)的青睞，并得到了廣泛、成功的應(yīng)用。
結(jié)束語
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，三維五軸激光切割機(jī)床的成功研制，真正代表我國光學(xué)加工工藝技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展。三維激光切割機(jī)的開發(fā)研制，打破了我國金屬板材激光切割立體加工長期受制于德、意、日等發(fā)達(dá)國家壟斷的被動(dòng)局面。同時(shí)取得了重大技術(shù)突破，從而使我國擺脫了該設(shè)備對(duì)進(jìn)口的依賴，大大縮短了我國汽車、航天航空設(shè)備、儀器儀表、金屬模具、高檔電氣設(shè)備主件等立體設(shè)備的制造周期，提高勞動(dòng)效率，降低生產(chǎn)成本，對(duì)推動(dòng)我國裝備制造業(yè)的發(fā)展振興將發(fā)揮無可替代的作用。