三维五轴激光切割机手艺生长现状（上）

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三维五轴激光切割机手艺生长现状

2020-07-28

现在，生产三维五轴激光切割机主要厂家有德国、意大利、日本等外洋制造企业，海内只有较少的公司。外洋企业由于生产较早，产品成熟，性能稳固，市场客户认可度极高。日本两家公司只生产低速率、低加速率的三维五轴CO2激光切割机，其生产效率较低，能耗较高，无法知足汽车热成形生产线生产效率的要求。经由我们研究攻破要害手艺，掌握焦点手艺，既生产低速率、高精度的三维五轴光纤激光切割机，又生产高速率、高精度的三维五轴光纤激光切割机，手艺紧跟外洋一流标准，成为现在市场上三维五轴光纤激光切割性价比很高的产品，解决了三维五轴光纤激光切割神秘害焦点手艺：

1．机床结构优化设计及动态设计

对整机结构举行CAE有限元剖析，团结动、静态刚度，静态强度，热特征举行剖析，获得整机最佳的刚度场与温度场，经由重复测试及验证，举行设计刷新，剖析理论值与现实测试值数据的差别化的因素，当理论值与现实测试值数据基本吻合，最终获得整机既经济又轻量的结构设计�；步峁褂呕杓萍岸杓品娇蛲加牖步峁雇既缤�2所示。

机床结构优化设计及动态设计方框图与机床结构图

2．提高动态性能和稳固性

对高速率、大惯量、大尺寸的部件举行CAE有限元模态剖析，对团结面阻尼、局部刚度、质量漫衍举行剖析，接纳隔振、减振、抑振步伐，对结构举行设计刷新及优化，经由重复测试验证，获取动态性能和稳固性优异的移动部件，确保产品的动态性能与稳固性。提高动态性能和稳固性方框图与模态剖析图划分如图3 、图4所示。

提高动态性和稳固性方框图与模态剖析图

模态剖析数据图

3．提高高速率、高精度定位

对电机及伺服进给驱动系统举行测试及有限元剖析，团结定位精度、响应速率、热特征、电机刚性举行剖析及优化，并跟踪特征剖析，对数控系统多轴联动举行误差赔偿，获得高速率，高精度定位。伺服驱动系统剖析方框图如图5所示。

伺服驱动系统剖析方框图

4．解决无限旋转三维切割头焦点手艺

细密的光学盘算，制订系统几何的空间算法，研制360°无线旋转三维切割头，自主立异，拥有焦点手艺，是继外洋三家企业后，第四家能够生产360°无线旋转三维切割头的厂家，突破了外洋手艺垄断。360°无线旋转三维五轴切割头如图6所示。

360°无线旋转三维五轴切割头

对三维五轴切割头产品，解决如下要害及焦点手艺：

（1）三维五轴无限旋转切割头水、气、光通路的密封

三维五轴切割头加工时运动轨迹较为重大，通过C轴（无限旋转）机械传动部分传输的管道有光路、水路、气路、电信号通路。由于C轴为无限旋转结构，上述通道无法接纳管道式的结构，需设计特定的旋转式通道结构传输。随之而来的问题就是要解决运动通道水、气、光的动密封性。

为突破此重大障碍，在多种备选设计计划中选择水、气、光、电各通道自力传输的旋转机械结构；针对C轴各旋转传输通路对密封元件手艺要求，开发以新型质料为基础设计的旋转通道密封元件，元件设计充分地思量了耐磨性、密封性和元件与管道动摩擦力等综合因素的平衡；团结理论与履历的指导适当调解密封元件与被密封通路的公差配合，乐成地实现集成多个密封传输通道的高速无限旋转C轴部件。经由大宗实验验证自主研发的高速旋转密封元件性能已抵达外洋同类产品水平。

（2）三维切割头高速旋转下电信号抗滋扰屏障手艺

接纳古板的线缆在旋转轴中传输电信号会因轴的旋转将线缆纠葛甚至拉扯断裂，多路电信号同时在间距较小的空间内传输也会有信号相互串扰的危害。为了阻止此类问题并包管多路电信号的抗电磁滋扰传输，凭证多路电信号通路的手艺规格，首创的奇异电滑环结构设计，突破多路电信号在高速旋转轴上的抗滋扰传输。

5．在线修改软件手艺

自行开发的在线修改程序软件，修改程序尺寸越发利便、快捷，换件速率快，提高了生产效率，节约了生产本钱。在线修改软件如图7所示。

在线修改软件

6．基于具备RTCP功效数控三维五轴光纤切割系统集成应用手艺研究

（1）研究三维五轴光纤激光切割装备硬件集成系统结构，剖析具备RTCP功效数控系统的软硬件接口，设计三维五轴光纤激光切割中各加工部件的系统集成控制计划。

（2）研究RTCP功效数据。三维五轴光纤激光切割系统由三大功效块组成，划分是加工控制�？椤⒗胂弑喑棠？橐约凹す馇懈罟ひ帐菘狻Ｍ沤峒庸ぷ氨傅挠布�，面向三维五轴光纤激光切割工艺的软件二次开发，给予PC工控平台设计数控系统控制类函数，开发三维五轴光纤激光切割控制应用程序接口，实现三维五轴光纤激光切割机床运动控制以及工艺调理等功效。

（3）基于三维空间映射对三维五轴激光加工机床举行运动学剖析，同时设计切割头运动仿真。

（4）开发基于HMI的PC平台的数据库，并团结功效需求使用SQL举行数据库的详细功效设计，实现数据库的修改、添加、盘问、浏览以及删除等功效。

7．三维重大曲面激光切割工艺的研究

（1）剖析外光路模式，对光路举行整形赔偿，确保最佳切割光束模式，开发三维五轴激光切割专用工艺控制软件。

（2）研发快速穿孔、切割状态控制反响手艺，同时开发碳钢厚板尖角切割、厚板极限切割小孔、高功率光纤氮气切割中薄板碳钢工艺要领、重大图形及图片处理与应用等工艺要领，攻克重大图形及小轮廓加工的工艺手艺难题。

（3）研究激光切割控制要领、激光切割速率控制要领、转角的激光切割要领。对三维笼罩件误差赔偿、三维笼罩件拐角切割质量控制清静板上尖角切割质量的控制要领举行研究。

（4）开发基于CC编译循环的Z轴仿形控制手艺，图形预览及轨迹同步显示手艺，基于图形预览的无邪介入和无邪补切手艺，基于快速响应激光脉冲方波PWM爆发器的激光脉冲频率与占空比、激光功率实时坡度调理手艺。

解决三维件拐角过烧，厚板尖角过熔和极限小孔切割，薄板的快速穿孔等工艺难题，建设完善的激光切割工艺专家数据库，实现大轮廓、小轮廓、拐角、标准图形等激光切割工艺参数的自动挪用。