三維激光切割是將激光切割技術應用於立體工件的非接觸切割加工，激光頭的運動軌跡是一個空間的曲線。在正常情況下一套模具隻能針對一種工件一道工序，而三維激光切割能針對任意工件的任意工序。

　　1.三維激光切割的優點

　　首先，三維激光切割柔性化程度高，在工件產品發生變動時，例如曲麵，修邊和孔等的變化更改，隻需對激光切割的脫機程序進行更改，因其使用的工裝夾具相對簡單一些，所以工裝夾具改動也方便。其次，三維激光切割相對其他切割方式，效率高、精度好、汙染小、勞動強度低以及節約成本。

　　由於三維激光切割具有上述優點，其廣泛應用於汽車行業中，它能夠方便快捷的實現汽車覆蓋件的三維修邊和衝孔，也可以在一些小批量的試製中取代修邊和衝孔模具，甚至在一些量產車型的部分製件的修邊衝孔工序中完全由三維激光切割取代。

　　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19044ZXB龍門式激光加工係統（見圖1）。雖然該三維激光切割係統對生產效率提升不少，但是也存在一些影響生產效率和質量的不足之處。

　　
圖1

　　（1）編程三維激光切割有示教和離線兩種。對於示教編程：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，此類程序編製的工作量大，勞動強度大（見圖2），且在采點編緝過程中容易出錯。其次，程序的可交換性差。對稱件（如左右翼子板）程序需重複編製。但示教編程的準確性高，因為其是一步一步通過大量的點數據采集構成的程序，所以此類程序後期改動量小，並且節約了購買編程軟件的成本，對於占用機床時間對生產任務不忙的企業是合適的。

　　
圖2三維切割前刻線件手工標示圖3插板式支架切割車門外板

　　對於離線編程：使用編程軟件利用工件的數控模型編程。這種方式的優點很多，首先，效率高，編程速度快；其次，不占用機床，可以提前編製多個程序，方便安排生產；並且此類程序方便更改，對稱工件無需要重複編程。相比示教編程，不需要全尺寸的刻線件，隻需要幾個刻線點（三個以上）即可。但這種編程方式準確度低，後期改動大。因為離線編寫的程序在機床加工時對程序坐標係的定位是通過實際采集刻線點的機床坐標值與數據模型中的理論坐標值進行比對，通過某種算法擬合程序。也就是說，它會對實際工件的偏差做出相對應的調整，使程序的軌跡更貼近於實際工件。但是這種策略幾乎可以肯定，實際加工出來的工件會有所偏差。而數據點的采集一般設在較容易采集區域，隻是根據這三個點間偏差來回移動坐標係，難免無法顧及全部。因此，在實際生產中，必須對程序進行調整。

　　（2）工裝支架工裝支架通常有兩種製作方式。一種是插板式的，即通過切割出對應產品形狀的鋼板，彼此拚搭而成。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。三維激光切割主要麵對的是拉延件，無法用銷子等孔來定位，隻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

　　（3）激光切割係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係統（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，整個光路係統的傳輸效率，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，三維激光切割還需麵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幹涉所造成的，有時這種幹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軸轉了很大的角度時，光斑也要保證出現在噴嘴的中間位置，不能有大的偏差。

　　3.結語

　　通過三維激光切割設備的生產實踐，三維激光切割對加工效率的提升是非常顯著的。對於二氧化碳板條式激光切割係統，激光器的各種性能光束的純度，能量的密度，高負荷時輸出的穩定性，激光氣體的壽命與經濟性，對電壓變化的適應性等都將極大地提高三維激光切割的能力、質量與效率。機床方麵光路係統的傳輸效率，激光頭的靈活性，程序的易改與方便化，智能化都是用戶期待的，也是廠家應該努力的方向。