開發(fā)高精度三維激光切割機(jī)，對(duì)提高我國(guó)航天航空技術(shù)裝備水平具有重要的戰(zhàn)略意義。國(guó)防軍事裝備對(duì)高性能激光切割機(jī)的需求更為迫切，如三維立體激光切割機(jī)在直升飛機(jī)螺旋槳曲面加工中的應(yīng)用，可以大大縮短產(chǎn)品試制時(shí)間，提高部件性能。
在世界市場(chǎng)上，激光切割機(jī)正在向高功率、大幅面、厚板材方向發(fā)展。切割焊接是造船行業(yè)最基礎(chǔ)的加工工藝，目前我國(guó)船用鋼板切割一般采用火焰切割、等離子切割，由于精度有限，特別是對(duì)特殊材料的甲板和船體材料，許多國(guó)外大型造船廠普遍采用大幅面厚板材激光切割機(jī)，國(guó)內(nèi)造船企業(yè)已經(jīng)開始進(jìn)行設(shè)備選購(gòu)，特別是特種用途的船艇，采用激光切割已經(jīng)成為一種必須的加工手段。預(yù)計(jì)在未來5-10年，這一應(yīng)用行業(yè)的生產(chǎn)需求極大。隨著“精密造船”時(shí)代的來臨，高功率CO2激光切割技術(shù)及裝備在先進(jìn)國(guó)家造船業(yè)得到了越來越廣泛的普及應(yīng)用。
大幅面厚板材激光切割機(jī)在其他重要行業(yè)也有迫切的需求，如航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轂的切割、鋼鐵冶金行業(yè)熱軋鋼坯的激光切割、坦克、裝甲車厚裝甲精密切割、發(fā)電設(shè)備中發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子的精密切割等。
隨著我國(guó)鐵路建設(shè)、公路建設(shè)、水利建設(shè)、水電建設(shè)、能源、礦山建設(shè)、建筑業(yè)等重大工程的推進(jìn)，到2015年，我國(guó)工程機(jī)械市場(chǎng)需求量將達(dá)到2000億元以上，大幅面厚鋼板激光切割機(jī)將在我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)得到普遍應(yīng)用。2007年，國(guó)內(nèi)某著名重工機(jī)械企業(yè)對(duì)27臺(tái)3m×30m大幅面20mm厚鋼板激光切割機(jī)進(jìn)行招標(biāo)，由于國(guó)內(nèi)激光企業(yè)無廠家符合技術(shù)要求，所有訂單都被國(guó)外廠家獲得。另一重工企業(yè)需求6臺(tái)3m×30m大幅面20mm厚鋼板激光切割機(jī)。也全部由國(guó)外廠家中標(biāo)，僅此兩家合同金額就高達(dá)2億元。
全球激光制造技術(shù)發(fā)展飛速，我國(guó)與國(guó)際激光技術(shù)水平的差距有所增大，高端的激光加工成套裝備幾乎全部依賴進(jìn)口，致使國(guó)外激光制造裝備在我國(guó)市場(chǎng)的占有率高達(dá)70％。預(yù)計(jì)未來10年內(nèi)，我國(guó)對(duì)這些高性能激光切割系統(tǒng)的市場(chǎng)需求量將達(dá)到100億元。如此迫切和巨大的市場(chǎng)需求反應(yīng)出激光加工的手段已經(jīng)覆蓋到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)重要領(lǐng)域，同時(shí)也影響著國(guó)防、航空航天等關(guān)鍵技術(shù)的突破，我們不僅僅是解決目前國(guó)內(nèi)該產(chǎn)品的空白，同時(shí)也旨在解決激光加工領(lǐng)域多層面技術(shù)核心問題，如激光數(shù)控、激光機(jī)床新型結(jié)構(gòu)、高質(zhì)量激光加工的技術(shù)瓶頸等。
3 技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及需突破的共性關(guān)鍵技術(shù)
3.1 國(guó)外數(shù)控激光切割技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
目前，國(guó)際上有代表性的激光切割設(shè)備制造商有：德國(guó)通快TRUMPF公司，瑞士百超BYSTRONIC，意大利PRIMA，美國(guó)WHITNEY公司和日本TANAKA公司等，他們的代表性技術(shù)如表1。這些國(guó)際知名公司已陸續(xù)開發(fā)出了大功率、大幅面、高速、飛行光路，三維立體、數(shù)控自動(dòng)的激光切割機(jī)，并且每年都在推出新的機(jī)型。如百超2002年推出加速度2g，2007年推出3g的高速機(jī)床，技術(shù)發(fā)展之迅速可見一斑。
隨著激光切割的逐步普及，市場(chǎng)要求進(jìn)一步提高切割效率(高速切割)、降低待機(jī)時(shí)間(自動(dòng)上下料系統(tǒng))、擴(kuò)大應(yīng)用面(向三維立體切割、厚板、高反射材料發(fā)展)、降低運(yùn)行成本(降低電耗)等。國(guó)外激光切割技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)有：
表l 國(guó)際代表性激光切割設(shè)備制造商主要技術(shù)
3.1.1 高速度
在設(shè)備的運(yùn)行速度上，目前多家企業(yè)競(jìng)相開發(fā)高速高精度切割機(jī)，用以取代機(jī)械沖床，例如瑞士百超激光有限公司推出的BYSPEED機(jī)型，切割速度可達(dá)40m／min，加速度為3g，可切割20 mm的不銹鋼，12mm的鋁合金和6mm的紫銅等，其電耗僅60kW，機(jī)器有效利用率可達(dá)95％，在薄板加工效率上與沖床相當(dāng)。
普瑞瑪工業(yè)公司最新推出的SYNCRONO機(jī)床則采用了一種與眾不同的全新設(shè)計(jì)理念，首次在激光切割設(shè)計(jì)中引入了并聯(lián)機(jī)床的概念，并將兩臺(tái)機(jī)床合二為一：一臺(tái)具有極高動(dòng)態(tài)性能和極輕重量的小型切割機(jī)床(切割頭)和一臺(tái)負(fù)責(zé)在大加工范圍內(nèi)移動(dòng)的大型傳統(tǒng)機(jī)床，兩者之間通過數(shù)控實(shí)現(xiàn)完美的同步運(yùn)動(dòng)和最佳的加工效率優(yōu)化。由于切割頭部分的重量極輕，故能實(shí)現(xiàn)非常高的動(dòng)態(tài)性能，同時(shí)機(jī)床還采取了特殊的動(dòng)態(tài)平衡設(shè)計(jì)和專門優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)控制算法，使其在高速運(yùn)動(dòng)的同時(shí)軌跡光滑且完全避免了振動(dòng)。這種設(shè)計(jì)的結(jié)果使SYNCRONO機(jī)床達(dá)到了一種超乎想象的加T效率，其切割時(shí)的加速度可達(dá)6g，一分鐘內(nèi)可以切割1000個(gè)孔，幾乎比目前市場(chǎng)上最快的切割機(jī)還要快一倍。同時(shí)其運(yùn)行成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)手，實(shí)際上，SYNCRONO正在開創(chuàng)一個(gè)激光切割新時(shí)代。
3.1.2 多自由度
激光切割機(jī)廣泛地應(yīng)用到復(fù)雜曲面，工件的加工，如激光切割機(jī)器人、專門用于管材切割的2.5D激光切割機(jī)、3D光纖傳輸激光切割機(jī)等。
以前的三維激光切割<
