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三(san)維(wei)激光切割(ge)是(shi)將激光切割(ge)技(ji)術(shu)應用(yong)于立體工(gong)件(jian)(jian)(jian)的(de)非(fei)接觸切割(ge)加(jia)工(gong)，激光頭(tou)的(de)運動軌跡是(shi)一(yi)(yi)個空間的(de)曲線。在正常情況下一(yi)(yi)套模(mo)具只能針對一(yi)(yi)種工(gong)件(jian)(jian)(jian)一(yi)(yi)道工(gong)序，而三(san)維(wei)激光切割(ge)能針對任意(yi)工(gong)件(jian)(jian)(jian)的(de)任意(yi)工(gong)序。

1. 三維激光切割的優點

首先(xian)，三(san)維(wei)激(ji)光(guang)(guang)切割(ge)柔性化程度(du)(du)高(gao)，在工(gong)件產(chan)品發生變動時，例如曲(qu)面(mian)，修邊(bian)和孔等的(de)變化更改，只需(xu)對激(ji)光(guang)(guang)切割(ge)的(de)脫(tuo)機程序進行更改，因其(qi)(qi)使用(yong)的(de)工(gong)裝夾具(ju)相(xiang)對簡單一些，所以(yi)工(gong)裝夾具(ju)改動也方便。其(qi)(qi)次，三(san)維(wei)激(ji)光(guang)(guang)切割(ge)相(xiang)對其(qi)(qi)他切割(ge)方式(shi)，效率高(gao)、精度(du)(du)好、污染小(xiao)、勞動強(qiang)度(du)(du)低以(yi)及節約成本。

由于(yu)(yu)三(san)(san)維(wei)激光(guang)切割具(ju)有上述優點，其廣泛(fan)應用于(yu)(yu)汽(qi)(qi)車(che)行業中(zhong)(zhong)，它能夠(gou)方便快捷的實現汽(qi)(qi)車(che)覆蓋件的三(san)(san)維(wei)修邊和(he)沖(chong)孔(kong)(kong)，也可(ke)以在一(yi)些小批量的試制(zhi)中(zhong)(zhong)取(qu)代(dai)修邊和(he)沖(chong)孔(kong)(kong)模具(ju)，甚(shen)至在一(yi)些量產車(che)型(xing)的部(bu)分制(zhi)件的修邊沖(chong)孔(kong)(kong)工序(xu)中(zhong)(zhong)完全由三(san)(san)維(wei)激光(guang)切割取(qu)代(dai)。

2. 三維激光切割機的應用

我廠是國內汽車覆蓋件模具生產的龍頭企業，目前使用的三維激光切割設備是德國Arnold公司19044Z X B龍門式激光加工系統（見圖1）。雖然該三維激(ji)光切(qie)割(ge)系統(tong)對(dui)生產效率(lv)提升不少(shao)，但是也存在一些影響生產效率(lv)和質量的不足之處(chu)。

圖 1

（1）編程 三維激光切割有示教和離線兩種。對于示教編程：首先，示教編程占用機床時間長。例如一個轎車側圍的修邊切孔編程大約需要兩天時間，此類程序編制的工作量大，勞動強度大（見圖2），且在采(cai)點(dian)編緝過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)容易出錯。其次，程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)的可交換性(xing)差(cha)。對(dui)稱(cheng)件（如左右翼子板）程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)需重(zhong)復編制(zhi)。但示教編程(cheng)(cheng)的準確性(xing)高，因為其是(shi)一步一步通過(guo)大(da)量的點(dian)數據(ju)采(cai)集構成的程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)，所以此類程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)后期改動量小(xiao)，并且節約了購買編程(cheng)(cheng)軟件的成本(ben)，對(dui)于占用機床時間對(dui)生產任務不忙的企業(ye)是(shi)合(he)適的。

圖2 三維切割前刻線件手工標示 

圖3 插(cha)板(ban)式支架切割(ge)車門外板(ban)

對于離線編程：使用編程軟件利用工件的數控模型編程（見圖3）。這(zhe)種(zhong)(zhong)方(fang)(fang)式的(de)(de)(de)(de)優點(dian)很多(duo)，首先，效率高，編程(cheng)(cheng)速度快；其次，不(bu)(bu)占用機(ji)床(chuang)，可以提前(qian)編制多(duo)個(ge)程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)，方(fang)(fang)便安排生產；并且(qie)此(ci)類程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)方(fang)(fang)便更改，對(dui)稱工(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)無需要重復編程(cheng)(cheng)。相比示教編程(cheng)(cheng)，不(bu)(bu)需要全尺寸的(de)(de)(de)(de)刻線件(jian)(jian)(jian)，只需要幾(ji)個(ge)刻線點(dian)（三個(ge)以上）即可。但(dan)這(zhe)種(zhong)(zhong)編程(cheng)(cheng)方(fang)(fang)式準確度低，后期改動(dong)大(da)。因(yin)為(wei)離線編寫的(de)(de)(de)(de)程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)在機(ji)床(chuang)加(jia)工(gong)(gong)時(shi)對(dui)程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)坐(zuo)(zuo)標(biao)系的(de)(de)(de)(de)定(ding)位是通過(guo)實(shi)際采(cai)集(ji)刻線點(dian)的(de)(de)(de)(de)機(ji)床(chuang)坐(zuo)(zuo)標(biao)值(zhi)與(yu)數據模型中(zhong)的(de)(de)(de)(de)理(li)論(lun)坐(zuo)(zuo)標(biao)值(zhi)進行(xing)比對(dui)，通過(guo)某種(zhong)(zhong)算法(fa)擬(ni)合程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)。也就是說，它會(hui)(hui)對(dui)實(shi)際工(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)偏(pian)(pian)差做出相對(dui)應(ying)的(de)(de)(de)(de)調(diao)整，使程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)的(de)(de)(de)(de)軌(gui)跡(ji)更貼近于實(shi)際工(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)。但(dan)是這(zhe)種(zhong)(zhong)策略(lve)幾(ji)乎可以肯定(ding)，實(shi)際加(jia)工(gong)(gong)出來(lai)的(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)會(hui)(hui)有(you)所偏(pian)(pian)差。而數據點(dian)的(de)(de)(de)(de)采(cai)集(ji)一(yi)般設在較容易采(cai)集(ji)區域(yu)，只是根(gen)據這(zhe)三個(ge)點(dian)間偏(pian)(pian)差來(lai)回(hui)移動(dong)坐(zuo)(zuo)標(biao)系，難免無法(fa)顧及(ji)全部(bu)。因(yin)此(ci)，在實(shi)際生產中(zhong)，必須(xu)對(dui)程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)進行(xing)調(diao)整。

（2）工裝支架 工裝支架通常有兩種制作方式。一種是插板式的，即通過切割出對應產品形狀的鋼板，彼此拼搭而成。這種方法速度快，效率高，是一種粗定位。另一種是用鋼筋（管）焊在底座上和產品搭接部分或使用舊件的一部分（手工切割下來），或使用樹脂塊和產品貼附。這種方法更貼近實際工件。三維激光切割主要面對的是拉延件，無法用銷子等孔來定位，只能靠工件的形狀來定位，而薄板件的變形量又比較大，所以生產中在支架上輔以磁鐵等加強定位，如圖4、圖5所示。

圖4 轎車翼子(zi)板的(de)工(gong)裝支架(jia)

圖5 小三(san)維件(jian)簡(jian)易工(gong)裝

（3）激光切割系統 我廠的三維激光切割機床使用的是二氧化碳板條式激光器，激光發生器發出的激光需要經過由設在機床各自軸上的反射鏡片組成的光路系統（所謂飛行光路）傳到激光切割頭的聚焦鏡上，再通過聚焦使平行光束變成光點照射在工件上，通過燒熔、吹屑等動作完成切割工作。影響激光切割質量的因素很多，激光的功率，模態頻率，整個光路系統的傳輸效率，穩定性等，還有加工材料的光反射率，切割用氣體種類，氣體壓力，切割噴嘴的口徑大小，噴嘴的形狀，切割時的焦點位置，打孔的焦點位置，切割功率與速度的對應等。這些是激光切割要考慮的因素，三維激光切割還需面對切割噴嘴與工件不垂直時加工狀態。這是由產品形狀與切割頭干涉所造成的，有時這種干涉使得加工無法順利完成，不得不更改工藝流程。三維激光切割對光路的準確性要求高，即使機床的A軸（B軸）和C軸轉了很大的(de)角度時(shi)，光斑也要保證出現在噴(pen)嘴的(de)中(zhong)間(jian)位置，不能有大的(de)偏差。

3.結語

通過三維(wei)激(ji)(ji)光(guang)切(qie)割設備的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產實踐，三維(wei)激(ji)(ji)光(guang)切(qie)割對(dui)加工效(xiao)(xiao)率的(de)(de)(de)(de)(de)提升是(shi)(shi)非常顯(xian)著的(de)(de)(de)(de)(de)。對(dui)于二氧(yang)化(hua)碳板條式激(ji)(ji)光(guang)切(qie)割系統，激(ji)(ji)光(guang)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)各種(zhong)性能(neng)光(guang)束(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)純度，能(neng)量的(de)(de)(de)(de)(de)密度，高(gao)負荷時輸出的(de)(de)(de)(de)(de)穩(wen)定性，激(ji)(ji)光(guang)氣體的(de)(de)(de)(de)(de)壽命與經濟性，對(dui)電壓變化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)適應性等都將(jiang)極大(da)地(di)提高(gao)三維(wei)激(ji)(ji)光(guang)切(qie)割的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)力(li)、質(zhi)量與效(xiao)(xiao)率。機床方(fang)面(mian)光(guang)路系統的(de)(de)(de)(de)(de)傳輸效(xiao)(xiao)率，激(ji)(ji)光(guang)頭的(de)(de)(de)(de)(de)靈活性，程序的(de)(de)(de)(de)(de)易改與方(fang)便(bian)化(hua)，智能(neng)化(hua)都是(shi)(shi)用戶期(qi)待的(de)(de)(de)(de)(de)，也是(shi)(shi)廠家應該努力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)向。

作者簡介：汪(wang)勇，一汽模(mo)具制(zhi)造有(you)限(xian)公司。