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中国数控机床展上的激光加工机 |
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| http://cn.newmaker.com
8/26/2008 4:42:00 PM
雅式工业专网
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随激光器功率的提高和直线电机的应用，激光加工技术的发展突飞猛进。本文通过对历届中国数控机床展上激光加工机展品的对比分析，指出国产数控激光切割机在获得长足发展的同时，仍需在核心技术和制造水平等方面进行突破。
中国数控激光切割机发展历程
数控激光切割机是近十年来发展迅速的金属成型设备，与数控转塔冲床相比，具有更好的加工柔性和适应性，既可加工金属板材也可以加工非金属板材。仅就加工金属板材而言，采用激光切割工艺不仅可以节省昂贵的模具费用，而且能使加工周期大为缩短，因此特别适用於单件小批生产和大型板材类零件的切割。此外，数控激光切割机还可通过编程，方便地实现复杂零件的切割和多种零件的优化排料，在这一领域所显现的优势也是其他金属加工设备难以替代的。
我国数控激光切割机与其他数控金属成型机床的发展有相似的历程：起步较早，经历了近十年的艰苦探索和发展，终於形成了有自主知识产权的成熟产品及其生产企业群体。高端产品标志我国数控激光切割机在国际主流产品中的地位，生产企业群体的形成代表了我国在该领域的整体实力。
上世纪80年代中期，机械工业部济南铸造锻压机械研究所研制出国内首台数控激光切割机，实现了我国在此技术领域零的突破。与此同时，我国对激光发生器、光路系统、数控系统的研制相继取得突破性进展，出现了多技术层面齐头并进的可喜局面。
我国数控激光切割机问世的第一个10年，进步与发展是缓慢的、艰难的。有两点可以证明，一是研制开发数控激光切割机的企业不多，二是数控激光切割机技术性能的突破不大。进入上世纪九十年代後期，随企业体制的多样化、技术来源的多元化，我国数控激光切割机进入了快速发展的阶段。同样有两点可以说明，一是我国数控激光切割机已经达到国际先进水平，二是我国生产数控激光切割机的企业已经形成了一个梯队。成熟的国产数控激光切割机很快便出现在中国国际机床展和中国数控机床展上，并成为展会的一大亮点。
历届展会展出数控激光切割机的国内企业主要有济南铸造锻压机械研究所、济南铸锻所捷迈机械有限公司、江苏金方圆数控机床有限公司、上海团结普瑞玛激光设备有限公司、江苏扬力集团、深圳市大族激光科技股份有限公司、上海冲剪机床厂等。
历届展会展出数控激光切割机的国外企业主要有瑞士百超（BYSTRONIC）公司、德国通快（TRUMPF）公司、日本天田公司（AMADA）、意大利普瑞玛工业（PRIMA INDUSTRIE）公司以及日本三菱电气（MITSUBISHI ELECTRIC）公司、日本马扎克（MAZAK）公司和韩国韩光公司（HANKWANG）等。
各具特色的国产激光切割机
目前国产数控激光切割机的主流技术是全飞行光路技术，更加强调动态加速性能，并通过高性能数控系统和内置激光切割专用工艺软件，使机床自动处於最佳运行状态。大多产品配置有封闭式防护舱，以避免辐射泄露，提高机床的安全性能；同时，在宜人化造型设计和人性化用户介面方面进步显着；网络连接控制技术也得到应用。
济南铸造锻压机械研究所研制的LC2-15×30型交换台式数控激光切割机，在原组合式光路基础上开发出飞行光路，由於飞行光路的特点，使该机动态特性大大提高，快速定位速度达到70米/分，定位精度达到了0.03毫米。由於装备了上下料装置，减少了生产准备时间，提高了设备的利用率。该设备性能指标与国外参展设备技术水平同等，个别指标还高於国外产品。这说明我国在激光加工设备的技术力量上已经接近或达到国外先进技术水平。
济南铸锻所捷迈机械有限公司研制的LCM-1212型数控激光切割机是动光路形式数控激光切割机的系列产品，由於动光路的特点，使得运动部件重量更轻，惯量更小，切割机动态特性大大提高。该机采用全封闭式结构，龙门式移动横梁。运动机构由精密滚珠直线导轨、精密滚珠丝杠及成对精密滚珠轴承组成，保证机床运动精度高，速度快。激光切割头配有反应灵敏的电感式自动寻找焦点检测系统，以适应板面不平整的有效切割。
该机同时配置了南京东方激光公司新开发的NEL2000A型2000W开关电源的CO2激光器。机床运动控制系统采用德国PA8000数控系统，并内置激光切割专用工艺软件，针对激光切割的特殊工艺要求，根据所需切割的材料及厚度，自动设定激光切割所需的激光功率、切割速度、打孔时间、辅助气体的选择、辅助气体压力、激光焦点位置等最佳切割参数，而无须人工参与。该机可加工板材的最大尺寸为1250×1250毫米，X、Y轴快速移动速度15米/分，最大插补速度10米/分，定位精度±0.03毫米/米，重复定位精度0.003毫米。
江苏金方圆数控机床有限公司的LC6-3015型数控激光切割机，采用日本FANUC激光发生器，射频（RF）激励方式，开机即可工作；采用日本FANUC18i—LB激光切割机专用系统，内置激光工艺参数软件；采用飞行光路等光程控制，保证切割质量稳定；悬挂式龙门梁飞行光路结构，高阻尼床身，提高了机床的稳定性；双交换工作团，有效地提高了工作效率；CAD/CAM一体化自动编程软件，支援全过程的CNC操作，可实现单个零件编程、多个零件自动排样，完成整套切割方案。
此外，上海团结普瑞玛激光设备有限公司、江苏扬力集团、深圳市大族激光科技股份有限公司、上海冲剪机床厂等企业生产的数控激光切割机，也有各自的特点。 
普瑞玛domino激光切割机
国外品牌整体优势明显
虽然国产数控激光切割机的技术水平与国际主流产品大体相当，但国际知名品牌和高端产品的整体优势还是可圈可点的。
瑞士百超（BYSTRONIC）激光有限公司的Byspeed 3015型数控激光切割机，采用了全飞行光路技术及先进的直启螺旋马达驱动系统（DHM），动态加速度达3G。该机采用涡轮泵式激光发生器，其精确的温度控制和动态减振设计可保证光束长时间优质稳定；通过光纤高速传递数据，实现切割速度与激光功率同步控制，可高速精确地加工尖角和小圆角。切割头的所有管道和电路优化内置，无需借助任何工具，几秒钟之内可更换切割头；切割头通过非接触传感器精确测量板料位置，确定切割零点；实现非接触测边，无需Z轴编程。该机可加工板材的最大尺寸为3048×1525毫米，可切割的板材厚度分别为0.5-20毫米（碳钢）、0.5-12毫米（不 钢）和0.5-8毫米（铝）；加工精度为±0.05毫米/米，重复精度0.025毫米；激光器功率高达5200瓦；每分钟可连续切割板材厚度1毫米、孔径2毫米、间距3毫米的孔型600个以上。
德国通快（TRUMPF）公司生产的L3050-6型数控激光切割机，配备功率为6千瓦的激光器，直线电机驱动技术，实现高速定位，可获得高速流畅切割的最佳效果；该机特有的Flycut高速飞行切割技术，具有良好的动态加速性能；全封闭式防护舱有效地避免了辐射泄露；人性化的用户介面不仅体现在先进的控制设计，而且体现在机床宜人化的总体设计上。该机可加工板材的最大尺寸为3000×1500毫米，可切割的板材厚度分别为25毫米（低碳钢）、25毫米（不 钢）和15毫米（铝合金）；编程精度0.001毫米，定位精度±0.1毫米，重复精度0.03毫米。该机切割不 钢的厚度达到25毫米是数控激光切割机前所未有的，切割速度比采用5千瓦的激光器提高约20%。
日本天田公司（AMADA）展出的FO-3015NT型数控激光切割机，采用双直线伺服电机驱动和高速飞行光路技术，突出体现出快速的特点。该机激光发生器功率为2000/4000瓦，最大加速度可达5G；最大合成速度最高115米/分，最大加工进给速度20米/分；X、Y、Z轴行程为3070×1550×200毫米；最大装夹板材重量850千克。此外，该机可实现网络连接控制，为数控激光切割机的新趋势。
意大利普瑞玛（PRIMA）工业公司展出的RAPIDO5型数控激光切割机，是真正意义上的三维五轴激光切割机。该机是专门针对大型三维零件切割设计的，采用飞行光路技术，龙门框架式机身，配置自动双门防护，结构紧凑操作简便，工件上下料时间大为节省。作为五轴激光切割机，利用模组化设计的便利，专门设计了第六数控随动轴，配合电容式传感器，以满足加工要求苛刻的工件，保证了复杂零件的加工精度和重复精度。
RAPIDO5型数控激光切割机X轴行程3200毫米、Y轴行程1525毫米、Z轴行程600毫米，A轴旋转角度360度、B轴旋转角度±120度，C轴（随动轴）行程±7.5毫米，切割零件的最大尺寸为3440×1765×800毫米；最大轴向进给速度30米/秒，最大合成速度52米/秒，最大旋转速度180度/秒；零件加工精度0.1毫米。数控激光切割机的主角是三轴控制的平面切割机型，虽然不少厂商声称可以用於立体切割，但只有普瑞玛的RAPIDO5型数控激光切割机，在现场演示了大型覆盖件的切割。
普瑞玛的SYNCRONO数控激光切割机，堪称是最具特色的激光切割机。切割过程中的加速度超过6G，是目前市场上加工速度最快的激光切割机。该机的运动由两部分组成，一是三轴（X、Y、Z）联动的主轴，在整个加工范围内移动；二是两轴（U、V）联动的局部轴，带动切割头在局部范围内移动。主轴的惯量较大，运动速度相对较慢，仅执行大尺寸外形加工或粗略轮廓的定位等“宏观”移动；局部轴采用并联机床运动形式，直线电机驱动，惯量小、速度快，即使执行最复杂的运动轨迹，也保证了优异的动态特性和优秀的切割质量。 
SYNCRONO
该机光路采用恒定步长设计，可确保在加工区域内的任意位置都有相同的高精度；同时，激光焦点位置采用可编程的独立数控方式直接控制。激光器功率4000-5000瓦，X、Y、Z轴行程300×1500×130毫米，局部轴U轴行程100毫米、V轴行程100毫米。单轴速度X轴、Y轴100米/分，U轴、V轴150米/分，主轴加速度0.8G，局部轴加速度6G。定位精度主轴为0.03毫米，局部轴为0.02毫米。数控系统采用普瑞玛自行开发的PRIMACH-20L系统，带15寸触摸屏、内置网卡、光碟机和USB介面。该机展出时现场切割的样件为直径650毫米、厚1毫米的碳钢锯片，加工时间为365秒。其上共有2毫米圆孔2000个、103种外形轮廓的孔和槽494个，另有两个普瑞玛公司标志和两个SYNCRONO标志的打标。
此外，日本三菱电气公司（MITSUBISHI ELECTRIC）的ML3015LVP型数控激光切割机、日本马扎克（MAZAK）公司展出的SUPERTURBO-X优胜者型激光切割机以及韩国韩光公司（HANKWANG）的FS3015型和FC3015型数控激光切割机，均采用全飞行光路系统、高精度和高动态双驱动系统、数控焦点控制系统、数控气压控制系统、封闭式防护舱等项技术，控制轴数为3轴以上，保证了机床良好的动态特性和优异的加工精度。
然而，马扎克（MAZAK）的激光切割机，结构上采用混合式控制轴，其X轴为工作台移动，Y轴为切割头移动。使工作台作X、Y方向移动的老机型难以加工的形状和部位，可以在新机型上加工。此外，定长光路系统的采用，使工作台上任意位置均可得到完全一致的优质光束，从而实现了切割质量和切割效率的完美统一。
结语
中国数控机床展览会是一个检阅各类数控机床的大舞台，既能看到国际数控机床的发展趋势，也能看到我国数控机床的技术进步。近年来，我国金属成型机床的进步与发展令世人瞩目，而数控激光切割机的快速发展历程更令人欣慰。当然，必须承认，毕竟我国在该领域的起步较晚，在核心技术、制造水平、软件发展、功能部件以及产品精细程度等诸多方面与国际一流产品还有相当差距，这也正是我们今後十年的努力方向。
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