1.概述

三維光纖激光切割機是由專(zhuān)用光纖激光切割頭、高精度電容跟蹤系統、光纖激光器和工業(yè)機器人系統組成的先進(jìn)設備。三維機器人激光切割機設備廣泛應用于金屬加工、機械制造和汽車(chē)零部件制造3D在有加工要求的工件生產(chǎn)中。

2.三維光纖激光切割機

（1）激光三維激光切割原理激光通過(guò)激光產(chǎn)生后，通過(guò)反射鏡傳輸，通過(guò)聚集鏡照射加工項目，使加工項目（表面）熱能強，溫度急劇升高，因高溫迅速熔化或蒸發(fā)，結合激光頭運行軌跡達到加工目的。

（2）光纖的選擇根據金屬板的厚度選擇不同的光纖激光功率，三維切割光纖激光功率一般分為200W、300W、400W、500W與1000W等多種規格；對不同功率的激光器配備不同的冷卻系統，以保障激光器的正常工作。同時(shí)要根據機械臂的工作半徑和加工工件的大小選定合適長(cháng)度的操作光纖傳輸激光，以滿(mǎn)足客戶(hù)切割要求。

(3)三維光纖激光切割機使用的輔助氣體需要輔助氣體99.99%氧氣對切割的精度、速度和截面效果有很大幫助。

3.三維光纖激光切割機器人的特點(diǎn)

(1)高柔性特別適合小批量三維鈑金切割。

其高柔性主要體現在兩個(gè)方面：

一是對材料適應性強，激光切割機基本上可以通過(guò)數控程序切割任何板材。

第二，加工路徑由程序控制。如果加工對象發(fā)生變化，只需修改程序，這在零件修邊和切孔時(shí)尤為明顯。由于修邊模和沖孔模對其他不同零件的加工無(wú)能為力，模具成本高，目前三維激光切割有取代修邊模和沖孔模的趨勢。一般來(lái)說(shuō)，三維機械加工的夾具設計及其使用比較復雜，但激光加工時(shí)不會(huì )對加工板施加機械加工力，這使得夾具的制作非常簡(jiǎn)單。此外，如果激光設備配備不同的硬件和軟件，可以實(shí)現多種功能。

簡(jiǎn)而言之，在實(shí)際生產(chǎn)中，三維激光切割在提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低勞動(dòng)強度、節約原材料等方面具有明顯的優(yōu)勢。因此，雖然設備成本高，一次性投資大，但許多國內汽車(chē)和飛機制造商購買(mǎi)了三維激光加工機，一些大學(xué)也購買(mǎi)了相應的科研設備，三維激光技術(shù)必將在中國制造業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

（2）光纖激光切割機器人的優(yōu)缺點(diǎn)是**個(gè)。用工業(yè)機器人代替五軸機床可以描述空間軌跡，實(shí)現三維切割。工業(yè)機器人的重復定位精度略低于五軸機床±100μm，然而，這完全可以滿(mǎn)足汽車(chē)鈑金覆蓋和底盤(pán)行業(yè)的精度要求；工業(yè)機器人的使用大大降低了系統的成本，降低了系統的耗電成本和運行維護成本，降低了系統的占地面積。

第二，與傳統激光相比，光纖激光切割質(zhì)量更好，系統成本更低，使用壽命更長(cháng)，維護成本更低，功耗更低。關(guān)鍵是光纖激光器的激光可以通過(guò)光纖傳輸，便于與工業(yè)機器人連接，實(shí)現靈活加工。

第三，該系統**的缺點(diǎn)是只能加工金屬工件，不能加工非金屬工件。這是因為該系統采用光纖激光，波長(cháng)為10 ** nm，10 相對于波長(cháng)** 0nm的CO2非金屬材料不易吸收激光。

第四，采用工業(yè)機器人+光纖激光的組合加工，一次完成修邊沖孔等工藝，切口整齊，無(wú)需后處理，大大縮短了工藝流程，降低了勞動(dòng)力成本和模具成本的投資，提高了產(chǎn)品等級和附加值。選擇離線(xiàn)編程軟件，通過(guò)數值模擬直接生成切割軌跡，放棄復雜的人工教學(xué)，更適合小批量、多批量維修市場(chǎng)、新產(chǎn)品試生產(chǎn)、非標準定制等個(gè)性化切割需求。三種加工方法，如附表所示。

第五，先進(jìn)的光纖激光技術(shù)與數字控制技術(shù)的**結合，代表了**進(jìn)的激光切割水平；專(zhuān)業(yè)的激光切割機控制系統，計算機操作，可以保證切割質(zhì)量，使切割工作更方便，操作更簡(jiǎn)單；配置智能機械手，可實(shí)現三維切割，操作方便，智能程度高，確保設備高速、高精度、高可靠性；激光切割頭配備進(jìn)口激光切割頭，反應靈敏、準確，與機械手有效配合，避免切割頭與加工板碰撞，確保切割焦點(diǎn)位置，確保切割質(zhì)量穩定；激光切割頭可承受1.0MPa氣壓、高壓氣路設備，提高了不銹鋼等難切材料的切割能力。

4.三維光纖激光切割機器人的技術(shù)優(yōu)勢

(1)三維切割系統的優(yōu)勢

一是切割速度快，是同類(lèi)產(chǎn)品的兩倍。

二是切割精度高。系統重復定位精度高達±100um。

第三，可切割<φ2mm小圓，切割效果光滑美觀(guān)，目測無(wú)形變和毛刺。單個(gè)小圓的切割時(shí)間可以控制在2s內。

第四，選擇臂長(cháng)2.01m除了實(shí)現直徑達到的機械手3m除了半球形三維加工區，還可以實(shí)現3m×1.5m二維平面切割。

第五，根據實(shí)際需要選擇離線(xiàn)編程軟件，可讀取UG、SolidWork等待三維軟件導出格式的數模，修改后直接生成切割軌跡，而不是人工教學(xué)，簡(jiǎn)單易用。

（2）采用IPG光纖激光器和激光電源激光器性能穩定，可以安全保證產(chǎn)品的整體質(zhì)量。光纖激光器具有散熱面積大、光束質(zhì)量好、體積小等優(yōu)點(diǎn)，與大型氣體激光器和固體激光器相比具有明顯的優(yōu)勢。

(3)美國進(jìn)口的激光切割頭采用美國進(jìn)口的激光切割頭，通過(guò)機械手編程控制，保持**焦距，保證**切割效果，避免不均勻時(shí)焦距變化引起的材料報廢。

（4）機械手控制系統采用機械人控制系統，可為各部件提供全方位的機器人生產(chǎn)解決方案。具有可靠性強、速度快、精度高、功率大、耐久性強、通用性強等特點(diǎn)。

其運行速度更快，廢品率更低，在擴大產(chǎn)能、提高效率方面發(fā)揮著(zhù)重要作用。其高精度是專(zhuān)利的TrueMoveTM實(shí)現運動(dòng)控制軟件。IRB2600采用優(yōu)化設計，機身緊湊輕便，節拍時(shí)間可比行業(yè)標準減少25%。QuickMoveTM運動(dòng)控制軟件使其加速度達到同類(lèi)**，并實(shí)現速度**化，從而提高產(chǎn)能與效率。IRB2600工作范圍大，安裝方法靈活，可輕松直接到達目標設備，不干擾輔助設備。優(yōu)化機器人安裝是提高生產(chǎn)效率的有效手段。在模擬**工藝布局時(shí)，靈活的安裝方法更方便。IRB2600底座可以更靠近目標設備，從而縮小整個(gè)工作站的面積。小底座也為下臂的正下操作創(chuàng )造了有利條件。

5.三維光纖激光切割機器人的應用

廣泛應用于汽車(chē)和摩托車(chē)行業(yè)，包括電動(dòng)自行車(chē)和頭盔領(lǐng)域：如車(chē)身蓋、方向盤(pán)孔、車(chē)身?yè)躏L(fēng)板、車(chē)頂蓋支架孔、安全氣囊部件、液壓成型部件等。三維激光切割在車(chē)身組裝后的加工也非常有用，如行李架固定孔、頂蓋滑軌孔、天線(xiàn)安裝孔、車(chē)輪擋泥板形狀修改等。

未來(lái)，三維激光加工技術(shù)將向高精度、高速度、高靈活性、低成本、智能化、高集成化方向發(fā)展。我國激光三維切割技術(shù)與國外先進(jìn)技術(shù)仍存在較大差距。首先，它體現在設備的開(kāi)發(fā)上，缺乏高光束質(zhì)量的高功率激光器。目前，我國各地的三維激光切割設備大多從國外高價(jià)進(jìn)口；其次，理論研究存在一定差距，主要集中在三維零件空間軌跡的實(shí)現和三維零件的切割過(guò)程中-材料-氣體之間的交互作用，即3D激光切割機制沒(méi)有進(jìn)行深入研究，早在20世紀70年代，國外就開(kāi)始提出其模型。因此，該技術(shù)仍有許多地方值得進(jìn)一步研究和發(fā)展。