三维五轴光纤激光切割机技术剖析

三维五轴激光切割技术在90年代就已经开始研制，研制及生产厂家仅有德国Trumpf、意大利Prima两家，市场基本上被这两家垄断。在 2008年后，日本NTC、Mitsubishi研制开发了低加速度、低速度、高精度的工作台移动式的三维五轴CO2激光 切割机。但一直以来，三维五轴激光 切割机主要用于研发及小批量试制， 对冲压成形的三维零件进行修边、切 孔，取代传统的修边模和冲孔模，缩 短新产品研发周期，降低制造成本， 所以每年的市场销量较少。在中国市场，一般一年的市场需求量在30~40 台左右。

但是由于汽车热成形技术的出现及应用，改变了市场需求量少的状况，一条汽车热成形生产线一般配备 4~5台三维五轴激光切割机，市场需求呈爆炸式发展。截止目前，全球有近450条汽车热成形生产线，跟随配套生产的三维五轴激光切割机约有 2000台套。国内有近170条热成形生产线，跟随配套生产的三维五轴激光切割机约有700台套。

钢板热成形技术是指将钢板经过 950℃的高温加热之后一次成形，又 迅速冷却，从而全面提升钢板强度，屈服强度达1000MPa以上，用在车身上后，车重没有增加，但承受力提 高了30%，安全性能显著提高。由于 钢板强度太高，传统的修边模和冲孔 模因钢板高强度问题无法进行修边和 冲孔，只能使用激光进行生产，从而 使三维五轴激光切割产品进入汽车批 量生产线，成为不可替代的生产工艺及工序。

普通钢板的屈服强度在140MPa， 适用于旅游观光车、缆车；高强度 钢板的屈服强度在180~240MPa， 适用于卡车、叉车、客车、挖机、 农机等；高强度钢板的屈服强度在 260~320MPa，适用于经济型轿车， 经济型SUV车；超强度钢板的屈服强 度在340~700MPa，适用于高端型轿车，高端型SUV车；而热成形钢板的 屈服强度超过1000MPa以上，一般 热成形钢板的屈服强度在1500MPa左 右。目前，材料厂家正在研制热成形 钢板的屈服强度在2000MPa左右，越 来越多的超高强度钢板被汽车行业广泛应用，这使得三维五轴激光切割机 产品越来越得到更多的应用。

二、技术发展现状

目前，生产三维五轴激光切割 机主要厂家有德国Trumpf、意大利 Prima、日本NTC、Mitsubishi、大族激光、华工。Trumpf、Prima由于生产较早，产品成熟，性能稳定， 市场客户认可度极高。日本NTC、 Mitsubishi 两家公司只生产低速度、低加速度的三维五轴CO2激光切割机，其生产效率较低，能耗较高（CO2激光器相比光纤激光器能耗高很 多），无法满足汽车热成形生产线生产效率的要求。某公司激光攻破关键技术，掌握核心技术，既生产低速度、 高精度的三维五轴光纤激光切割机，又生产高速度、高精度的三维五轴光纤激光切割机，技术紧跟Trumpf、Prima，现已成为目前市场上三维五轴光纤激光 切割性价比最好的产品，解决了三维五轴光纤激光切割机以下的关键核心技术。

三、对三维五轴切割头产品，

（2）三维切割头高速旋转下电信号抗干扰屏蔽技术 采用传统的线缆在旋转轴中传输电信号会因轴的旋转将线缆缠绕甚至拉扯断 裂，多路电信号同时在间距较小的空间内传输也会有信号互相串扰的风险。为了避 免此类问题并保证多路电信号的抗电磁干扰传输，根据多路电信号通路的技术规 格，首创的独特电滑环结构设计，突破多路电信号在高速旋转轴上的抗干扰传输。

四、三维五轴激光切割机特点和应用

（1）高架龙门式结构，横梁移动，拥有充分的加工空间。

（2）光纤激光器电光转换率高，比相同功率CO2激光器能耗低60%，免光路维护，激光器无气体消耗，设备运行成本低。

（3）三维头实现n×360°无限旋转，从切割到焊接，加工头快速更换，无需调节，提供更稳定的加工。

三维五轴激光切割机床作为切割复杂曲面三维件的激光加工设备，在欧洲、日本已经得到广泛应用，而且市场需求越来越大，20世纪70～80年代，欧、意、日等国家已相继开发三维激光切割机，技术发展到现在已经比较成熟，机床原始定位精度也达到10um级，是一种能真正地对三维件进行精密激光切割加工的高端设备。

然而，由于我国激光加工设备起步较晚，尤其是三维五轴激光切割机床的制造几乎还是空白。长期以来，国内高端三维激光加工市场一直由国外厂家垄断，销售价格和维护成本也非常昂贵。为适应国内对三维激光加工越来越庞大和战略性地市场需求，大族激光在2010年就积极地对三维五轴机床进行了研发试制，并取得了突破性进展。

五、三维五轴的发展趋势 

1．伴随着激光器向大功率发展以及采用高性能的CNC及伺服系统，使用高功率的激光切割可获得高的加工速度，同时减小热影响区和热畸变；所能够切割的材料板厚也格进一步地提高。

2．根据激光切割工艺参数的影响情况，改进加工工艺。

3．激光切割将向高度自动化、智能化方向发展。将CAD／CAPP／CAM［4以及人工智能运用于激光切割，研制出高度自动化的多功能激光加工系统。

4．向多功能的激光加工中心发展，将激光切割、激光焊接以及热处理等各道工序后的质量反馈集成在一起，充分发挥激光加工的整体优势。

5．随着Internet和WEB技术的发展，建立基于WEB的网络数据库，采用模糊推理机制和人工神经网络来自动确定激光切割工艺参数，并且能够远程异地访问和控别激光切割过程成了不可避免的趋势。

6．三维高精度大型数控激光切割机及其切割工艺技术，为了满足汽车和航空等工业的立体工件切割的需要，三维激光切割机正向高效率、高精度、多功能和高适应性方向发展。