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摘要:在加工领域当中,对于激光切割技术的应用是最早且最为广泛的,达到了激光加工领域的70%,广泛应用于机械、汽车、航空航天、轻工、纺织、食品、医疗等行业。在现如今,激光切割技术发展的越来越成熟,从而让实现自由曲面工件的加工不再是梦想。自1979年以来,世界上第一个五轴CO2激光切割机在马公司出现以来,三维激光切割机,以其灵活性强,精度高,减少对工具和设备的需求,生产准备时间短的优点,已广泛应用于汽车、机械制造、航空航天等领域,并满足三维工件加工的生产要求。
关键词:激光切割机;三维;研究现状
1三维激光切割机的发展现状
1.1三维光纤激光切割机
光纤激光切割技术相较于YAG激光切割技术还有二氧化碳激光切割技术而言,其在很多方面都是存在着一定的优势,例如光电能量转换效率、维护成本、切割效率、光学结构以及切割精度等,尤其是在近几年当中,光纤激光切割机也是得到了很大的发展,现已经替代了以往使用最广泛的二氧化碳切割机,占据了市场的主流。
当前在世界范围内,有很多三维光纤激光切割机的生产厂家,例如美国的PREISER公司、德国的Trumpf公司、日本的小松公司、意大利的Prima Power公司等等,这些公司所生产的三维激光切割机也是占据了全球的大部分市场。Trumpf公司所生产的TruLaser Cell 8030型切割机、AMADA公司的LCG3015AJ II切割机等都是有着非常高的知名度。Trulcell 3000 5轴激光加工机采用模块化火箭,可选择多种激光器,并可代替激光加工头进行焊接、切割和激光熔覆,X、Y、Z三轴其定位的精度是0.015mm,A轴还有C轴其定位精度是0.02°。在对大型热成型汽车侧板进行切割的过程中,所使用的的切割设备为TruLaser Cell 8030三维激光切割机,从而实行快速切割的目的,X、Y、Z三轴其运动的范围分别为3000mm/1300mm/600mm,轴的加速度为4g,提高了效率和生产力。快速三维五轴激光切割机采用2.0- 4.0 kW光纤激光技术灵活,可用于不同的切割、焊接应用,具有防撞系统、无反冲、无磨损直接驱动。Laserdyne 795多轴激光加工机采用高精度表面加工,大直径、高刚度驱动螺杆,机械精度高,适用于高速切割,适用于光纤、二氧化碳、YAG等激光光源。TLH-N系列超高速三维五轴可控激光切割机具有刚性高、速度快、机动性好、单边开口、可达性高的特点。LCG3015AJ II 型高效光纤激光加工机的进给速度可达170m/min,进给速度可达120m/min,提出了钣金加工从工艺改进到工厂改造的数字化改进方案。
我国工业激光起步较晚,因此相较于发达国家而言,三维激光切割技术的发展还存在一定的差距。随着激光加工技术被列为科技重点项目,在我国掀起了一股热潮,越来越多的企业和科研机构开展了相关的技术研究。目前,中国激光集团、中国激光集团、楚天激光集团、百超鼎能集团、济南金维科集团、镭激光集团等企业均推出了三维光纤激光切割机产品。
1.2三维CO2激光切割机
在现阶段,对于厚度不超过12mm的不锈钢还有厚度不超过25mm的非金属材料加工过程中,主要使用二氧化碳激光切割机。广泛应用于汽车内外装饰件的非金属切割等行业。
目前国外生产二氧化碳激光切割机的主要厂家有德国的Trumpf、意大利的Prima Power以及小松、NTC等公司。Trumpf的Tru-Laser Cell 7040三维 CO2激光切割机,Prima Power最好的三维 5轴激光切割机,小松的TLM系列三维 5轴可控激光切割机,NTC的TLM610双开关表三维 5轴激光切割机等产品具有较高的可视性。X / Y / Z轴的范围是4000 mm×2000 mm×1000 mm, B / C轴的范围为±135°和360°,最大轴向加速度是4 g,有多个工作领域,通过激光加工头的替换来实现焊接、切割和激光熔覆和其他流程。优化后的三维五轴激光切割机也适用于大型工件的切割和焊接。X/ Y/Z轴行程4500mm × 2500mm × 1020mm, B/A轴行程±135°和360°。采用2.5-4kW快速轴流和板式CO2激光器。Tlm610三维五轴激光切割机采用龙门床、移动工作台、点切头、专利摇臂控制箱、专用切嘴结构和TDLC-04R高性能数控机床系统,并提供离线编程功能。
现阶段,在我们国家当中,二氧化碳激光切割技术主要是用于二维切割产品当中,当前在三维激光切割产品当中,还没有应用到二氧化碳切割技术。
2三维激光切割机的未来发展动向
2.1高功率化
在工业加工中,要想提升加工效率和能力,就需要不断提升激光器的功率,从而尽可能的降低加工所需成本。而在现阶段,随着加工成本的不断降低,三维切割机其功率也是在不断的提高,当前已经生产处理万瓦级的产品,并且随着不断的发展,万瓦级产品也必将占据市场主流。
2.2高速高精度
在机床加工的过程中,通过不断提升定位精度以及速度能够不断提升加工的效率,从而更好的提高产品的性能还有附加价值,从而进一步提高产品在市场当中的竞争力。当前,一般的切割机其定位速度可以达到100m/min,但是高速切割机其定位速度则是能够达到280m/min。
2.3智能化
在工业4.0时代当中,工业领域正在不断向着智能化、自动化的方向发展,开放式系统、自动卸料、自诊断、智能过程数据管理、远程控制等智能机床越来越受到企业的重视。
2.4功能多样化
扩大机床的加工范围,可以增加机床的灵活性和适应性,从而提高产品的竞争力。国外许多先进的三维切割机产品都拥有广泛的技术,如特朗普Trumpf公司的TruLaser Cell 3000和TruLaser Cell 7040三维激光切割机,具有三维切割、焊接金属包层功能;Prima Power公司的Rapido三维五轴激光切割机可以使用多种激光来满足各种焊接、切割和加工需求。
结语
在时代发展的过程中,我们国家工业领域也是得到了很大的发展,加工方式也是从而传统的加工方式向着高端制造转型发展,并且在工业领域当中,对于激光切割的应用也是越来越广泛,在今后,三维激光切割技术也必定会向着更加智能化、功能多样化等方向发展。目前,相比之下,发达国家如德国、日本、意大利、不仅在三维激光切割机产品,在激光切割头,核心组件,如大功率激光器、或在激光切割机理的研究中,研究和开发高性能数控系统等关键技术,我国还有很大的差距,需要科技人员不断深入研究。
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