1 引言
       激光加工(laser oem)技術是融合了光、機、電、材料加工及檢測等學科的複合型先進製造技術。它與(yu) 現代數控技術相結合構成的高效自動化加工設備，可以突破許多傳(chuan) 統製造方法無法實現的技術瓶頸，在能源、交通運輸、鋼鐵冶金、船舶與(yu) 汽車製造、電子電氣工業(ye) 、航空航天等國民經濟支柱產(chan) 業(ye) 發揮了不可替代的作用。
    　目前，汽車、船舶、航空、航天、鋼鐵、能源設備等行業(ye) 急需設備，特別是高端設備，所以提高我國激光切割(laser cutting)設備製造水平十分重要。它既可以滿足國內(nei) 市場需求，打破國外在該領域的技術壟斷，又可以促進我國激光切割(laser cutting)技術的進步。實現更高速度、高精度、智能化激光切割(laser cutting)將是數控激光切割(laser cutting)技術發展的目標。

2 發展數控激光切割(laser cutting)機(laser cutting)產(chan) 業(ye) 的重要意義(yi) 及其市場分析
2.1 發展數控激光切割(laser cutting)機(laser cutting)產(chan) 業(ye) 的重要意義(yi)
    　在高數控激光切割(laser cutting)成套設備開發及製造方麵，經過十幾年的發展，我國激光切割(laser cutting)技術及裝備從(cong) 無到有，已逐步形成一定產(chan) 業(ye) 規模。2007年國內(nei) 大型激光切割(laser cutting)設備的銷售額達到15億(yi) 元，在中低端產(chan) 品方麵基本占領國內(nei) 市場，並有部分產(chan) 品出口。但與(yu) 美國、歐盟、日本等發達國家相比，我國的激光切割(laser cutting)設備仍然停留在低端產(chan) 品階段，而且高功率、專(zhuan) 用控製係統、激光光束傳(chuan) 輸控製、激光切割(laser cutting)專(zhuan) 有技術等絕大部分核心技術還依賴進口。目前，國際上德國通快TRUMPF公司、瑞士百超BYSTRON和意大利PRIMA等國際知名公司已經開發出大功率、大幅麵、高速、飛行光路、多維立體(ti) 、數控自動的激光切割(laser cutting)機(laser cutting)。在高端激光切割(laser cutting)係統領域，我國與(yu) 國際先進水平存在較大差距，產(chan) 品基本依賴進口，每年不得不花費數十億(yi) 元從(cong) 國外引進相關(guan) 技術與(yu) 設備。如船舶製造業(ye) 中厚鋼板的激光切割(laser cutting)設備、三維立體(ti) 激光切割(laser cutting)設備、有色金屬激光切割(laser cutting)設備等，引進價(jia) 格昂貴、訂貨周期長、售後服務無法及時保證，嚴(yan) 重製約了我圍困民經濟的發展。並且由於(yu) 國外在該領域出口對我國有明確的限製，采用許可證製度，嚴(yan) 格規定該項技術不能用於(yu) 軍(jun) 工、航空航天等領域，因此我國急需突破該項技術。
    　隨著我國船舶、汽車、航空航天、鋼鐵、發電設備等行業(ye) 的快速發展，全球製造業(ye) 的中心向我國轉移，我國數控激光切割(laser cutting)成套設備市場需求年增長速度達到50％以上，數控激光切割(laser cutting)技術更以其柔韌性和靈活性在薄板加工領域逐步取代了傳(chuan) 統加工手段。針對汽車、船舶、航空、航天、鋼鐵、能源設備等行業(ye) 急需的激光切割(laser cutting)設備，攻克大幅麵高精度數控激光切割(laser cutting)的床身機械設計、基於(yu) 高速切割的直線電機及相關(guan) 運動係統、基於(yu) 5軸聯動三維激光切割(laser cutting)技術、高功率光束傳(chuan) 輸技術、數控切割軟件、厚板激光切割(laser cutting)技術等技術難題，解決(jue) 高功率激光器、激光傳(chuan) 輸控製、精密機床、數控係統等核心技術，開發高速高精度激光切割(laser cutting)機(laser cutting)、大幅麵厚板激光切割(laser cutting)機(laser cutting)、三維立體(ti) 數控激光切割(laser cutting)機(laser cutting)、航天航空用有色金屬激光器切割機等高性能激光切割(laser cutting)係統，對打破國外廠家在該領域的壟斷，實現進口替代，節約外匯儲(chu) 備，滿足國內(nei) 市場的需求，積極帶動我國關(guan) 鍵行業(ye) 裝備製造業(ye) 的快速健康發展具有重要意義(yi) 。另外，還可帶動相關(guan) 產(chan) 業(ye) 鏈的延伸與(yu) 發展，大力推動大功率激光器、零部件、導光係統、數控係統、電氣控製係統、精密機械加工、精密儀(yi) 器儀(yi) 表、電子元器件、軟件等上遊產(chan) 業(ye) 鏈的技術進步和產(chan) 業(ye) 升級。
2.2 數控激光切割(laser cutting)機(laser cutting)的市場應用現狀和前景分析
    　高功率數控激光切割(laser cutting)成套設備全球累計擁有量已達35000台(套)左右，而我國目前高功率數控激光切割(laser cutting)成套設備的擁有量為(wei) 1500台左右。隨著裝備製造業(ye) 的快速發展，我國數控激光切割(laser cutting)成套設備已進入快速增長期，年增長率達50％以上。應用行業(ye) 包括：汽車、船舶、航空、核工業(ye) 、機械製造、鋼鐵、紡織、石油、激光加工(laser oem)中心等。
    　在2006年全國激光加工(laser oem)學術年會(hui) 上，專(zhuan) 家們(men) 認為(wei) ：到“十一五”末期，我國每年至少需要1500多台套高功率數控激光切割(laser cutting)機(laser cutting)，到“十二五”末期，我國高功率數控激光切割(laser cutting)機(laser cutting)市場需求量將達到10000台套，其中除了通用激光切割(laser cutting)機(laser cutting)之外，對高速高精度激光切割(laser cutting)機(laser cutting)、大幅麵厚板激光切割(laser cutting)機(laser cutting)、三維立體(ti) 數控激光切割(laser cutting)機(laser cutting)、航天航空用有色金屬激光器切割機等高性能激光切割(laser cutting)係統的需求也與(yu) 日俱增。
   　 近幾年國內(nei) 高功率數控激光切割(laser cutting)機(laser cutting)的市場增長趨勢如圖1所示。

圖1近年國內(nei) 高功率數控激光切割(laser cutting)機(laser cutting)市場增長趨勢

    　國外汽車生產(chan) 過程中，普遍采用三維激光切割(laser cutting)機(laser cutting)對覆蓋件、門板等進行精確切邊。再采用機械手進行高質量自動焊接，不僅(jin) 確保產(chan) 品質量，而且生產(chan) 效率極高。在樣車開發和小批量生產(chan) 中，高度柔性的激光三維切割取代大量的衝(chong) 孔和修邊模具，不僅(jin) 節省大量模具，同時使新車型的開發周期大為(wei) 縮短。在歐洲，幾乎所有汽車製造廠在汽車研製開發和生產(chan) 中均的采用激光加工(laser oem)。激光製造技術在汽車製造中應用的廣度和深度已經成為(wei) 汽車工業(ye) 先進性的重要標誌。國內(nei) 已有汽車生產(chan) 企業(ye) 引進激光切割(laser cutting)和激光焊接生產(chan) 線，其他企業(ye) 在未來的發展規劃中也都有引進計劃。三維激光切割(laser cutting)機(laser cutting)對提高新車型開發速度具有重要的促進作用。

開發高精度三維激光切割(laser cutting)機(laser cutting)，對提高我國航天航空技術裝備水平具有重要的戰略意義(yi) 。國防軍(jun) 事裝備對高性能激光切割(laser cutting)機(laser cutting)的需求更為(wei) 迫切，如三維立體(ti) 激光切割(laser cutting)機(laser cutting)在直升飛機螺旋槳曲麵加工中的應用，可以大大縮短產(chan) 品試製時間，提高部件性能。
    　在世界市場上，激光切割(laser cutting)機(laser cutting)正在向高功率、大幅麵、厚板材方向發展。切割焊接是造船行業(ye) 最基礎的加工工藝，目前我國船用鋼板切割一般采用火焰切割、切割，由於(yu) 精度有限，特別是對特殊材料的甲板和船體(ti) 材料，許多國外大型造船廠普遍采用大幅麵厚板材激光切割(laser cutting)機(laser cutting)，國內(nei) 造船企業(ye) 已經開始進行設備選購，特別是特種用途的船艇，采用激光切割(laser cutting)已經成為(wei) 一種必須的加工手段。預計在未來5-10年，這一應用行業(ye) 的生產(chan) 需求極大。隨著“精密造船”時代的來臨(lin) ，高功率CO2激光切割(laser cutting)技術及裝備在先進國家造船業(ye) 得到了越來越廣泛的普及應用。
    　大幅麵厚板材激光切割(laser cutting)機(laser cutting)在其他重要行業(ye) 也有迫切的需求，如航空航天發動機轉子轂的切割、鋼鐵冶金行業(ye) 熱軋鋼坯的激光切割(laser cutting)、坦克、裝甲車厚裝甲精密切割、發電設備中發電機組轉子的精密切割等。
    　隨著我國鐵路建設、公路建設、水利建設、水電建設、能源、礦山建設、建築業(ye) 等重大工程的推進，到2015年，我國工程機械市場需求量將達到2000億(yi) 元以上，大幅麵厚鋼板激光切割(laser cutting)機(laser cutting)將在我國工程機械行業(ye) 得到普遍應用。2007年，國內(nei) 某著名重工機械企業(ye) 對27台3m×30m大幅麵20mm厚鋼板激光切割(laser cutting)機(laser cutting)進行招標，由於(yu) 國內(nei) 激光企業(ye) 無廠家符合技術要求，所有訂單都被國外廠家獲得。另一重工企業(ye) 需求6台3m×30m大幅麵20mm厚鋼板激光切割(laser cutting)機(laser cutting)。也全部由國外廠家中標，僅(jin) 此兩(liang) 家合同金額就高達2億(yi) 元。
    　全球激光製造技術發展飛速，我國與(yu) 國際激光技術水平的差距有所增大，高端的激光加工(laser oem)成套裝備幾乎全部依賴進口，致使國外激光製造裝備在我國市場的占有率高達70％。預計未來10年內(nei) ，我國對這些高性能激光切割(laser cutting)係統的市場需求量將達到100億(yi) 元。如此迫切和巨大的市場需求反應出激光加工(laser oem)的手段已經覆蓋到國民經濟各個(ge) 重要領域，同時也影響著國防、航空航天等關(guan) 鍵技術的突破，我們(men) 不僅(jin) 僅(jin) 是解決(jue) 目前國內(nei) 該產(chan) 品的空白，同時也旨在解決(jue) 激光加工(laser oem)領域多層麵技術核心問題，如激光數控、激光機床新型結構、高質量激光加工(laser oem)的技術瓶頸等。#p#分頁標題#e#

3 技術現狀、發展趨勢以及需突破的共性關(guan) 鍵技術
3.1 國外數控激光切割(laser cutting)技術現狀與(yu) 發展趨勢
    　目前，國際上有代表性的激光切割(laser cutting)設備製造商有：德國通快TRUMPF公司，瑞士百超BYSTRONIC，意大利PRIMA，美國WHITNEY公司和日本TANAKA公司等，他們(men) 的代表性技術如表1。這些國際知名公司已陸續開發出了大功率、大幅麵、高速、飛行光路，三維立體(ti) 、數控自動的激光切割(laser cutting)機(laser cutting)，並且每年都在推出新的機型。如百超2002年推出加速度2g，2007年推出的高速機床，技術發展之迅速可見一斑。
    　隨著激光切割(laser cutting)的逐步普及，市場要求進一步提高切割效率(高速切割)、降低待機時間(自動上下料係統)、擴大應用麵(向三維立體(ti) 切割、厚板、高反射材料發展)、降低運行成本(降低電耗)等。國外激光切割(laser cutting)技術發展趨勢有：

表l 國際代表性激光切割(laser cutting)設備製造商主要技術

3.1.1 高速度
    　在設備的運行速度上，目前多家企業(ye) 競相開發高速高精度切割機，用以取代機械衝(chong) 床，例如瑞士百超激光有限公司推出的BYSPEED機型，切割速度可達40m／min，加速度為(wei) 3g，可切割20 mm的不鏽鋼，12mm的鋁合金和6mm的紫銅等，其電耗僅(jin) 60kW，機器有效利用率可達95％，在薄板加工效率上與(yu) 衝(chong) 床相當。
    　普瑞瑪工業(ye) 公司最新推出的SYNCRONO機床則采用了一種與(yu) 眾(zhong) 不同的全新設計理念，首次在激光切割(laser cutting)設計中引入了並聯機床的概念，並將兩(liang) 台機床合二為(wei) 一：一台具有極高動態性能和極輕重量的小型切割機床(切割頭)和一台負責在大加工範圍內(nei) 的大型傳(chuan) 統機床，兩(liang) 者之間通過數控實現完美的同步運動和最佳的加工效率優(you) 化。由於(yu) 切割頭部分的重量極輕，故能實現非常高的動態性能，同時機床還采取了特殊的動態平衡設計和專(zhuan) 門優(you) 化的驅動控製，使其在高速運動的同時軌跡光滑且完全避免了振動。這種設計的結果使SYNCRONO機床達到了一種超乎想象的加T效率，其切割時的加速度可達6g，一分鍾內(nei) 可以切割1000個(ge) 孔，幾乎比目前市場上最快的切割機還要快一倍。同時其運行成本遠遠低於(yu) 對手，實際上，SYNCRONO正在開創一個(ge) 激光切割(laser cutting)新時代。
3.1.2 多自由度
    　激光切割(laser cutting)機(laser cutting)廣泛地應用到複雜曲麵，工件的加工，如激光切割(laser cutting)機(laser cutting)器人、專(zhuan) 門用於(yu) 管材切割的2.5D激光切割(laser cutting)機(laser cutting)、3D激光切割(laser cutting)機(laser cutting)等。
    　以前的三維激光切割(laser cutting)機(laser cutting)隻能進行汽車內(nei) 飾件的切割，無法加工金屬衝(chong) 壓件。普瑞瑪工業(ye) 公司創造性地將電容式集成到三維激光切割(laser cutting)設備中，使機床可以自動適應衝(chong) 壓件彈性變形造成的誤差，從(cong) 而使三維激光切割(laser cutting)技術真正成為(wei) 汽車車身加工的一種精密、靈活的加工手段，廣泛應用於(yu) 汽車、航天航空工業(ye) 、工程機械、模具、健身器材、鈑金加工等製造領域。
3.1.3 大幅麵大厚板
    　目前，國際上出現了“精密造船”的概念，美國、歐盟、日本、韓國等圍家和地區的船舶製造普遍采用高功率激光切割(laser cutting)技術。目前國外主流大幅麵激光切割(laser cutting)機(laser cutting)一般采取機載激光器結構，加工幅麵為(wei) 3m×25m，切割板厚可達到40mm，在船舶、艦艇等行業(ye) 得到越來越多的應用。
3.1.4 智能化
    　進一步把激光器與(yu) 計算機數控技術、先進的光學係統以及高精度和自動化的T件定位相結合，將自動排料、切割工藝數據庫、遠程診斷、遠程控製集成一體(ti) ，把激光切割(laser cutting)的功能部件與(yu) 其他加工方法組合，製成如激光衝(chong) 床等多功能加工機，更符合工廠複雜加工高效的需要，它兼有激光切割(laser cutting)的多功能性和其他加工形式的高速高效的特點，可同時完成切割、打孔、打標、劃線、成形等。

3.2 國內(nei) 數控激光切割(laser cutting)技術發展方向
    　近幾年來，我國在數控激光切割(laser cutting)技術裝備領域發展迅速，二氧化碳激光器功率達到4kW，加工幅麵從(cong) 3015到6030都能實現，各種光路設計都已成熟應用，在驅動方麵普遍采用直線電機伺服係統，國產(chan) 數控激光切割(laser cutting)設備已經具備較強的市場競爭(zheng) 能力。
    　隨著激光切割(laser cutting)技術應用的迅速普及，市場空間不斷拓寬。我國數控激光切割(laser cutting)技術裝備的發展重點應關(guan) 注以下領域：
3.2.1 開發高速高精數控激光切割(laser cutting)設備
    　掌握3g以上加速度運動係統的設計與(yu) 製造技術和高精高速下機床運動係統的設計與(yu) 製造技術。定位速度120～180 m／min，切割速度50～80m／min，切割表麵粗糙度小於(yu) 6.3μm，切割頭定位精度±0.02 mm／m，重複定位精度0.01mm／m，用於(yu) 激光高速切孔時，切割速度達到1000孔／min。
3.2.2 開發高精度三維激光切割(laser cutting)設備
    　掌握三維立體(ti) 激光切割(laser cutting)機(laser cutting)機床的設計與(yu) 製造、立體(ti) 激光切割(laser cutting)頭的設計與(yu) 製造技術、三維立體(ti) 激光切割(laser cutting)工藝，開發配套三維CAD／CAM軟件係統，實現複雜曲麵的激光切割(laser cutting)。定位精度≤±0.05mm，重複精度≤±0.015mm。快進速度≥25m／min；A／B軸轉角範圍3600／±135°，轉角精度≤0.015°，重複精度≤0.005°。
3.2.3 開發大幅麵厚板激光切割(laser cutting)設備
    　掌握遠光程激光傳(chuan) 輸技術、厚板切割T藝、高功率激光光路設計與(yu) 製造技術，實現大幅麵厚板材的激光切割(laser cutting)。激光切割(laser cutting)機(laser cutting)床X／Y／Z行程>130000mm／6000mm／150mm，定位精度≤±0.05mm．重複精度≤±0.015mm，快進速度≥25m／min，切割板厚40mm。
3.2.4 開發特種行業(ye) 專(zhuan) 用激光切割(laser cutting)設備
    　掌握特種材料特種加工需求下對激光切割(laser cutting)機(laser cutting)的設計與(yu) 製造技術，完成鋁合金、鈦合金、鎂合金、銅合金1-10mm的切割工藝。
3.3 數控激光切割(laser cutting)需突破的關(guan) 鍵共性技術
3.3.1 激光切割(laser cutting)機(laser cutting)機械結構設計與(yu) 驅動技術
    　激光切割(laser cutting)機(laser cutting)的橫梁，有單懸臂式、龍門式、龍門倒掛式等，機床結構要求具有高剛性和高穩定性。橫梁設計時必須輕巧靈活，符合高速度激光切割(laser cutting)時的運動平穩性與(yu) 橫梁運動的高精度。這些是實現激光精密切割的基礎。
3.3.2 激光切割(laser cutting)機(laser cutting)數控技術
    　結合激光切割(laser cutting)的專(zhuan) 有特點，采用穩定可靠的通用數控係統作基礎，經過二次開發，開發出具有自主版權的激光切割(laser cutting)控製係統。具備激光專(zhuan) 有控製功能，如激光功率坡調、Z浮功能控製、自動調焦功能；在高速運行下良好的機床運動控製性能；具備遠程診斷與(yu) 控製功能，機床控製一體(ti) 化(激光器控製、氣路控製、光路控製)，符合大幅麵激光切割(laser cutting)的運算判斷等，人機界麵友好、語音提示、方便操作和維護。
3.3.3 高功率激光光束傳(chuan) 輸聚焦技術
    　光束質量是激光切割(laser cutting)質量的關(guan) 鍵，關(guan) 鍵技術包括：專(zhuan) 有光束質量控製、光束半徑調整、束腰補償(chang) 、視頻光束校準係統等。專(zhuan) 有光束質量調整係統包括自適應光學係統，以優(you) 化光束形狀。光束半徑調整要實現自適應光學係統可以自動維持程序裏的光束聚焦點。如在切割鋼時，自動輸出非常細的光束聚焦點，切割不鏽鋼時，自動輸出寬一些的聚焦點。激光光束不是平行的，當切割頭在切割範同移動時，直徑改變。要維持好的切割質量，就需利用腰束補償(chang) 維持光斑直徑不變，控製係統通過自動調整束腰的位置來保持激光束在焦點處最優(you) 的光斑。視頻光路校準係統是利用視頻技術和微調裝置，使操作者可以在不用打開任何蓋子的情況下檢查光路，保證所有的光學位置準確。該功能主要優(you) 勢，一是安全：不需要打開光路，避免了在光路檢查過程中接觸激光的危險；二是可靠：檢查的過程迅速可靠，讓光路係統保持最優(you) 的切割狀態；三是維修簡單：可以實時察看目標位置，省去了很多操作，可以更快地維修和調整。
3.3.4 激光切割(laser cutting)專(zhuan) 有技術
    　激光切割(laser cutting)專(zhuan) 有技術有：邊緣監測、電容高度跟蹤、切割監測、穿透檢測等。邊緣監測技術可以使切割頭定位在板材合適的邊緣位置，自動監測其位置和方向。穿透檢測技術是指使用相同的傳(chuan) 感器來確定光束是否已經穿透了板材，這樣可以得到最高質量的穿透效果，同時又節省時間。切割監測技術是指機器在無人看管的情況下也可以正常進行切割加工，若因故使切割不能正常運行，切割監測係統可以識別，係統軟件會(hui) 確定其原因並做出反應，包括停止、折回及簡單調整功率，以獲得更好的效果。電容高度跟蹤技術是通過電容係統來完成，高頻率通過噴嘴處金屬部件的電容係統傳(chuan) 送到切割頭上，當切割工件與(yu) 切割頭金屬部件的距離改變時，頻率也會(hui) 按比例發生改變，CNC#p#分頁標題#e#通過這一信息來調整Z浮到其最合適的位置。
3.3.5 激光切割(laser cutting)專(zhuan) 用CAD／CAM軟件係統
    　為(wei) 配合激光切割(laser cutting)的圖形轉換，需要開發設計專(zhuan) 門的CAD／CAM軟件係統，該軟件係統能將從(cong) CAD係統獲得的幾何信息轉換成NC代碼，通過口或係統將NC代碼傳(chuan) 入CNC係統，供設備正常切割使用。CAD／CAM軟件係統所產(chan) 生的NC代碼具有激光切割(laser cutting)的全部特有功能，使編寫(xie) 複雜零件程序的工作變得簡單流暢，編輯和修改也非常方便。
3.3.6 厚板高功率激光切割(laser cutting)頭設計製造
    　研製開發長焦深高功率激光多維立體(ti) 切割頭時，切割頭應該配備雙組件、帶靈敏可靠的Z浮部件、良好的水冷裝置和空氣冷卻裝置，能承受約2533kPa的輔助氣體(ti) 壓力，達到切割厚度30～40mm的需要。
3.3.7 激光切割(laser cutting)工藝研究
    　通過進行大量的切割工藝試驗，形成材料、環境、工藝參數如激光器功率、輔氣氣壓大小以及種類、切割速度、焦點位置以及切割的起始位置等切割工藝數據庫，尤其是針對曲麵切割、鈦合金切割、厚板材切割等工藝，操作者隻需在對話框中按照提示輸入基本參數和信息，係統就會(hui) 自動調用數據庫資料，完成切割參數設置。

4 結束語
    　數控激光切割(laser cutting)是理想的切割加工手段，代表現代金屬加工技術的發展方向。數控激光切割(laser cutting)設備在國內(nei) 外市場有著極其廣泛的市場需求。我國在數控激光切割(laser cutting)技術和裝備方麵與(yu) 國外有一定差距，但近幾年來發展迅速。今後發展方向應該立足高起點，在高速高精激光切割(laser cutting)、大幅麵激光切割(laser cutting)、三維激光切割(laser cutting)、特種材料激光切割(laser cutting)等領域進行關(guan) 鍵共性技術研究開發，形成產(chan) 業(ye) 化，從(cong) 而滿足日益增長的市場需求。