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三(san)維激(ji)(ji)光切(qie)(qie)割(ge)是(shi)將激(ji)(ji)光切(qie)(qie)割(ge)技術(shu)應(ying)用于(yu)立體工(gong)(gong)件(jian)的(de)(de)非接(jie)觸切(qie)(qie)割(ge)加工(gong)(gong)，激(ji)(ji)光頭的(de)(de)運動軌(gui)跡是(shi)一(yi)(yi)個空(kong)間的(de)(de)曲(qu)線。在(zai)正常情況下一(yi)(yi)套模具只能針對一(yi)(yi)種工(gong)(gong)件(jian)一(yi)(yi)道(dao)工(gong)(gong)序，而三(san)維激(ji)(ji)光切(qie)(qie)割(ge)能針對任意工(gong)(gong)件(jian)的(de)(de)任意工(gong)(gong)序。

1. 三維激光切割的優點

首(shou)先(xian)，三維激光(guang)切(qie)(qie)割(ge)柔性化(hua)程度(du)(du)高，在(zai)工(gong)(gong)件產(chan)品發生(sheng)變動(dong)時，例如曲(qu)面，修邊(bian)和孔等的變化(hua)更改(gai)，只需對激光(guang)切(qie)(qie)割(ge)的脫機程序(xu)進行更改(gai)，因(yin)其(qi)使用的工(gong)(gong)裝(zhuang)夾(jia)具(ju)相(xiang)(xiang)對簡(jian)單一(yi)些，所以工(gong)(gong)裝(zhuang)夾(jia)具(ju)改(gai)動(dong)也(ye)方便。其(qi)次(ci)，三維激光(guang)切(qie)(qie)割(ge)相(xiang)(xiang)對其(qi)他切(qie)(qie)割(ge)方式，效(xiao)率高、精度(du)(du)好(hao)、污染小、勞動(dong)強度(du)(du)低以及(ji)節約成本(ben)。

由于(yu)三(san)維激光(guang)切割(ge)具有上述優點，其廣泛應用于(yu)汽(qi)車(che)行業中(zhong)，它能夠方(fang)便快捷的(de)實(shi)現汽(qi)車(che)覆蓋件的(de)三(san)維修(xiu)邊和沖(chong)孔(kong)(kong)，也可以在一些(xie)小(xiao)批量的(de)試(shi)制中(zhong)取(qu)代(dai)修(xiu)邊和沖(chong)孔(kong)(kong)模具，甚至在一些(xie)量產(chan)車(che)型的(de)部分制件的(de)修(xiu)邊沖(chong)孔(kong)(kong)工序(xu)中(zhong)完全由三(san)維激光(guang)切割(ge)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）。雖然該三維激光切(qie)割系統對生(sheng)產效(xiao)率提升不(bu)少，但是也存在一些影響(xiang)生(sheng)產效(xiao)率和質量的不(bu)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(zai)采(cai)點編緝過程(cheng)中容易出錯。其次，程(cheng)序(xu)的(de)可交換性差。對稱(cheng)件(jian)（如左(zuo)右翼子板(ban)）程(cheng)序(xu)需重復編制。但(dan)示教編程(cheng)的(de)準確性高(gao)，因為其是(shi)一(yi)步一(yi)步通過大量的(de)點數據采(cai)集構成的(de)程(cheng)序(xu)，所以此類程(cheng)序(xu)后期(qi)改(gai)動量小(xiao)，并且節約了購(gou)買編程(cheng)軟件(jian)的(de)成本，對于占用機床時間對生產任務不忙的(de)企業是(shi)合適(shi)的(de)。

圖2 三維切割前刻線件手工標示 

圖3 插(cha)板式支架(jia)切割(ge)車門外板

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）。這種(zhong)(zhong)方(fang)(fang)(fang)式(shi)的(de)(de)優(you)點(dian)很(hen)多(duo)，首先，效率高，編(bian)程(cheng)(cheng)(cheng)速度快；其次，不(bu)占用機床(chuang)，可(ke)以(yi)提前編(bian)制多(duo)個(ge)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)，方(fang)(fang)(fang)便安排生產；并且(qie)此類程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)方(fang)(fang)(fang)便更(geng)改，對(dui)稱工件(jian)無需(xu)要(yao)重復(fu)編(bian)程(cheng)(cheng)(cheng)。相比示教編(bian)程(cheng)(cheng)(cheng)，不(bu)需(xu)要(yao)全尺寸的(de)(de)刻線(xian)件(jian)，只需(xu)要(yao)幾(ji)個(ge)刻線(xian)點(dian)（三個(ge)以(yi)上）即可(ke)。但這種(zhong)(zhong)編(bian)程(cheng)(cheng)(cheng)方(fang)(fang)(fang)式(shi)準確度低，后期改動大。因(yin)為離線(xian)編(bian)寫(xie)的(de)(de)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)在機床(chuang)加工時對(dui)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)坐(zuo)標(biao)系(xi)的(de)(de)定位(wei)是(shi)(shi)通過實際(ji)采集刻線(xian)點(dian)的(de)(de)機床(chuang)坐(zuo)標(biao)值與數據模型(xing)中的(de)(de)理論坐(zuo)標(biao)值進(jin)行比對(dui)，通過某種(zhong)(zhong)算法擬合程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)。也(ye)就(jiu)是(shi)(shi)說，它會(hui)對(dui)實際(ji)工件(jian)的(de)(de)偏(pian)差做出相對(dui)應的(de)(de)調(diao)整，使(shi)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)的(de)(de)軌跡更(geng)貼近于實際(ji)工件(jian)。但是(shi)(shi)這種(zhong)(zhong)策略幾(ji)乎可(ke)以(yi)肯定，實際(ji)加工出來(lai)(lai)的(de)(de)工件(jian)會(hui)有所偏(pian)差。而數據點(dian)的(de)(de)采集一般設在較容(rong)易采集區域，只是(shi)(shi)根據這三個(ge)點(dian)間偏(pian)差來(lai)(lai)回移動坐(zuo)標(biao)系(xi)，難免(mian)無法顧及(ji)全部(bu)。因(yin)此，在實際(ji)生產中，必(bi)須對(dui)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)進(jin)行調(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 轎車翼子板的工裝支架

圖5 小三維件(jian)簡易工裝

（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，光斑也要保(bao)證出現在噴嘴(zui)的(de)中(zhong)間(jian)位(wei)置，不能有大的(de)偏差。

3.結語

通過三(san)維(wei)激光(guang)(guang)切割(ge)設備的(de)生產(chan)實踐，三(san)維(wei)激光(guang)(guang)切割(ge)對加工效率的(de)提升是非常顯著的(de)。對于二氧(yang)化(hua)(hua)碳板條式激光(guang)(guang)切割(ge)系(xi)統(tong)，激光(guang)(guang)器的(de)各種(zhong)性(xing)能(neng)光(guang)(guang)束的(de)純度，能(neng)量(liang)的(de)密度，高負荷時輸出的(de)穩定性(xing)，激光(guang)(guang)氣(qi)體的(de)壽(shou)命與(yu)(yu)經(jing)濟性(xing)，對電壓變(bian)化(hua)(hua)的(de)適應(ying)性(xing)等都將極大(da)地提高三(san)維(wei)激光(guang)(guang)切割(ge)的(de)能(neng)力、質量(liang)與(yu)(yu)效率。機床方(fang)面光(guang)(guang)路系(xi)統(tong)的(de)傳(chuan)輸效率，激光(guang)(guang)頭(tou)的(de)靈活性(xing)，程(cheng)序的(de)易(yi)改與(yu)(yu)方(fang)便化(hua)(hua)，智能(neng)化(hua)(hua)都是用戶期(qi)待(dai)的(de)，也(ye)是廠家應(ying)該努力的(de)方(fang)向。

作者(zhe)簡(jian)介：汪勇，一汽模具(ju)制(zhi)造有限公司。