0、引言
激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對(duì)材料(包括金屬與非金屬)進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打孔及微加工等的一門加工技術(shù)。激光加工技術(shù)是涉及到光、機(jī)、電、材料及檢測(cè)等多門學(xué)科的一門綜合技術(shù)，同時(shí)它也是先進(jìn)制造技術(shù)的一種。楊叔子院士在其論文中總結(jié)的先進(jìn)制造技術(shù)的八個(gè)方面的發(fā)展趨勢(shì)和特色：“數(shù)”；“精”；“極”；“自”；“集”；“網(wǎng)”；“智”；“綠”。仔細(xì)分析就激光加工技術(shù)而言在這八個(gè)方面具備了多數(shù)，而本文所要闡述的就是激光加工技術(shù)的“集”，“智”，也就是激光加工的柔性化，集成化和智能化。而這些方向也正是我們激光加工技術(shù)期待發(fā)展和需要發(fā)展的地方。以大族激光為代表的很多激光產(chǎn)業(yè)也在朝這些方面進(jìn)行研究和開發(fā)。這里主要是將激光加工技術(shù)應(yīng)用到柔性制造系統(tǒng)(或單元)中來進(jìn)行研究。
1、激光加工的柔性
激光加工本身就具有很好的柔性：
(1) 激光器本身是一個(gè)比較簡(jiǎn)單而且易于控制的裝置，如果把它產(chǎn)生的光束聚集成極細(xì)的光束，就可以切割；散焦一點(diǎn)就可以焊接；再散焦一點(diǎn)，就能進(jìn)行熱處理。
(2) 采用激光加工，不僅加工速度快，效率高，成本低，而且避免了模具或刀具更換，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間周期。易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工，激光光束換位時(shí)間短，提高了生產(chǎn)效率?？蛇M(jìn)行多種工件交替安裝。一個(gè)工件加工時(shí)，可卸下已完成的部件，并安裝待加工工件，實(shí)現(xiàn)并行加工，減少安裝時(shí)間，增加激光加工時(shí)間。
(3) 激光束采用直接驅(qū)動(dòng)和導(dǎo)向方法。激光可作旋轉(zhuǎn)、傾斜、上下左右移動(dòng)等運(yùn)動(dòng)，能加工工件的垂直面和復(fù)雜表面；而且直接驅(qū)動(dòng)沒有空程，精度高。將激光的控制和機(jī)器人相結(jié)合，用機(jī)器人來移動(dòng)或多軸線方式方式翻轉(zhuǎn)光束下的零件，可加工一些用傳統(tǒng)方法加工比較困難的零件。
(4) 采取多級(jí)快速反應(yīng)的防撞措施，光束導(dǎo)向裝置接觸工件時(shí)，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)立即停機(jī)，使系統(tǒng)不被破壞，避免了昂貴的維護(hù)；碰撞后能快速而簡(jiǎn)單地恢復(fù)工作，減少了碰撞引起的停機(jī)時(shí)間，提高了激光系統(tǒng)的加工效率和可靠性。
(5) 激光頭可自由運(yùn)動(dòng)，目前激光頭已達(dá)5個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，即使工件在加工時(shí)保持固定，仍可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工件的加工，而且只要利用移動(dòng)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，就可加工比軸行程大的零部件。激光束采用自動(dòng)聚焦控制。激光系統(tǒng)直線軸可沿光軸或任意軸定位，以保持光束聚焦；焦點(diǎn)位置任何時(shí)刻都精確可知，而且行程無(wú)限制。圖1示出了自動(dòng)聚焦控制與鏡頭伺服控制的比較，由圖看見，鏡頭伺服系統(tǒng)中聚焦透鏡與激光系統(tǒng)移動(dòng)無(wú)關(guān)，因此焦點(diǎn)位置無(wú)法確定。
圖1 自動(dòng)聚焦控制與鏡頭伺服控制比較
2、柔性制造系統(tǒng)（FMS）
柔性制造系統(tǒng)(Flexible Manufacturing System 縮寫FMS)是指適用于多品種、中小批量生產(chǎn)的具有高柔性且自動(dòng)化程度高的制造系統(tǒng)。柔性是FMS的最大特點(diǎn)，即系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)外部環(huán)境的適應(yīng)能力。FMS自其誕生以來就顯示出強(qiáng)大的生命力，它克服了傳統(tǒng)的剛性自動(dòng)線只適用于大量生產(chǎn)的局限性，表現(xiàn)出了對(duì)多品種、中小批量生產(chǎn)制造自動(dòng)化的適應(yīng)能力。隨著社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化、低制造成本、短制造周期要求的日趨迫切，由于微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、機(jī)械與控制設(shè)備的進(jìn)步，柔性制造技術(shù)發(fā)展迅猛并日臻成熟。實(shí)用表明，柔性制造技術(shù)具有如下特點(diǎn)：具有較高的柔性、機(jī)構(gòu)性和通用性；轉(zhuǎn)產(chǎn)快、準(zhǔn)備時(shí)間短；備利用率高，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人看管24h連續(xù)工作；加工質(zhì)量高且穩(wěn)定；所需費(fèi)用低；相同產(chǎn)量占地面積是傳統(tǒng)設(shè)備的60%。由此可見，正是由于柔性制造技術(shù)的這種高效、靈活的特性使其成為實(shí)施敏捷制造、并行工程、精益生產(chǎn)和智能制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)，且應(yīng)用日益廣泛，已成為制造領(lǐng)域的核心技術(shù)。而按規(guī)模大小FMS主要分為：柔性制造單元(FMC)；柔性制造線(FML)；柔性制造系統(tǒng)(FMS)。
一般柔性制造系統(tǒng)的主要組成部分為：
(1) 加工系統(tǒng)
FMS采用的設(shè)備由待加工工件的類別決定主要有加工中心、車削中心或計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)車、銑、磨及齒輪加工機(jī)床等，用以自動(dòng)地完成多種工序的加工。
(2) 物料系統(tǒng)
用以實(shí)現(xiàn)工件及工裝夾具的自動(dòng)供給和裝卸，以及完成工序間的自動(dòng)傳送、調(diào)運(yùn)和存貯工作，包括各種傳送帶、自動(dòng)導(dǎo)引小車、工業(yè)機(jī)器人及專用起吊運(yùn)送機(jī)等。
(3) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
用以處理FMS的各種信息，輸出控制CNC機(jī)床和物料系統(tǒng)等自動(dòng)操作所需的信息。通常采用三級(jí)(設(shè)備級(jí)、工作站級(jí)、單
