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三維激光切割是將激光切割技術應用于立體工件的非接觸切割加工，激光頭的運動軌跡是一個空間的曲線。在正常情況下一套模具只能針對一種工件一道工序，而三維激光切割能針對任意工件的任意工序。

1. 三維激光切割的優(yōu)點

首先，三維激光切割柔性化程度高，在工件產(chǎn)品發(fā)生變動時，例如曲面，修邊和孔等的變化更改，只需對激光切割的脫機程序進行更改，因其使用的工裝夾具相對簡單一些，所以工裝夾具改動也方便。其次，三維激光切割相對其他切割方式，效率高、精度好、污染小、勞動強度低以及節(jié)約成本。

由于三維激光切割具有上述優(yōu)點，其廣泛應用于汽車行業(yè)中，它能夠方便快捷的實現(xiàn)汽車覆蓋件的三維修邊和沖孔，也可以在一些小批量的試制中取代修邊和沖孔模具，甚至在一些量產(chǎn)車型的部分制件的修邊沖孔工序中完全由三維激光切割取代。

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(chǎn)的龍頭企業(yè)，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(tǒng)（見圖1）。雖然該三維激光切割系統(tǒng)對生產(chǎn)效率提升不少，但是也存在一些影響生產(chǎn)效率和質量的不足之處。

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），且在采點編緝過程中容易出錯。其次，程序的可交換性差。對稱件（如左右翼子板）程序需重復編制。但示教編程的準確性高，因為其是一步一步通過大量的點數(shù)據(jù)采集構成的程序，所以此類程序后期改動量小，并且節(jié)約了購買編程軟件的成本，對于占用機床時間對生產(chǎn)任務不忙的企業(yè)是合適的。

圖2 三維切割前刻線件手工標示 

圖3 插板式支架切割車門外板

對于離線編程：使用編程軟件利用工件的數(shù)控模型編程（見圖3）。這種方式的優(yōu)點很多，首先，效率高，編程速度快；其次，不占用機床，可以提前編制多個程序，方便安排生產(chǎn)；并且此類程序方便更改，對稱工件無需要重復編程。相比示教編程，不需要全尺寸的刻線件，只需要幾個刻線點（三個以上）即可。但這種編程方式準確度低，后期改動大。因為離線編寫的程序在機床加工時對程序坐標系的定位是通過實際采集刻線點的機床坐標值與數(shù)據(jù)模型中的理論坐標值進行比對，通過某種算法擬合程序。也就是說，它會對實際工件的偏差做出相對應的調整，使程序的軌跡更貼近于實際工件。但是這種策略幾乎可以肯定，實際加工出來的工件會有所偏差。而數(shù)據(jù)點的采集一般設在較容易采集區(qū)域，只是根據(jù)這三個點間偏差來回移動坐標系，難免無法顧及全部。因此，在實際生產(chǎn)中，必須對程序進行調整。

（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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)中在支架上輔以磁鐵等加強定位，如圖4、圖5所示。

圖4 轎車翼子板的工裝支架

圖5 小三維件簡易工裝

（3）激光切割系統(tǒng) 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(fā)生器發(fā)出的激光需要經(jīng)過由設在機床各自軸上的反射鏡片組成的光路系統(tǒng)（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(tài)頻率，整個光路系統(tǒng)的傳輸效率，穩(wěn)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(tài)。這是由產(chǎn)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軸轉了很大的角度時，光斑也要保證出現(xiàn)在噴嘴的中間位置，不能有大的偏差。

3.結語

通過三維激光切割設備的生產(chǎn)實踐，三維激光切割對加工效率的提升是非常顯著的。對于二氧化碳板條式激光切割系統(tǒng)，激光器的各種性能光束的純度，能量的密度，高負荷時輸出的穩(wěn)定性，激光氣體的壽命與經(jīng)濟性，對電壓變化的適應性等都將極大地提高三維激光切割的能力、質量與效率。機床方面光路系統(tǒng)的傳輸效率，激光頭的靈活性，程序的易改與方便化，智能化都是用戶期待的，也是廠家應該努力的方向。

作者簡介：汪勇，一汽模具制造有限公司。