1.概述

三维光纤激光切割机是由专用光纤激光切割头、高精度电容跟踪系统、光纤激光器和工业机器人系统组成的先进设备。三维机器人激光切割机设备广泛应用于金属加工、机械制造和汽车零部件制造3D在有加工要求的工件生产中。

2.三维光纤激光切割机

（1）激光三维激光切割原理激光通过激光产生后，通过反射镜传输，通过聚集镜照射加工项目，使加工项目（表面）热能强，温度急剧升高，因高温迅速熔化或蒸发，结合激光头运行轨迹达到加工目的。

（2）光纤的选择根据金属板的厚度选择不同的光纤激光功率，三维切割光纤激光功率一般分为200W、300W、400W、500W与1000W等多种规格；对不同功率的激光器配备不同的冷却系统，以保障激光器的正常工作。同时要根据机械臂的工作半径和加工工件的大小选定合适长度的操作光纤传输激光，以满足客户切割要求。

(3)三维光纤激光切割机使用的辅助气体需要辅助气体99.99%氧气对切割的精度、速度和截面效果有很大帮助。

3.三维光纤激光切割机器人的特点

(1)高柔性特别适合小批量三维钣金切割。

其高柔性主要体现在两个方面：

一是对材料适应性强，激光切割机基本上可以通过数控程序切割任何板材。

第二，加工路径由程序控制。如果加工对象发生变化，只需修改程序，这在零件修边和切孔时尤为明显。由于修边模和冲孔模对其他不同零件的加工无能为力，模具成本高，目前三维激光切割有取代修边模和冲孔模的趋势。一般来说，三维机械加工的夹具设计及其使用比较复杂，但激光加工时不会对加工板施加机械加工力，这使得夹具的制作非常简单。此外，如果激光设备配备不同的硬件和软件，可以实现多种功能。

简而言之，在实际生产中，三维激光切割在提高产品质量、生产效率、缩短产品开发周期、降低劳动强度、节约原材料等方面具有明显的优势。因此，虽然设备成本高，一次性投资大，但许多国内汽车和飞机制造商购买了三维激光加工机，一些大学也购买了相应的科研设备，三维激光技术必将在中国制造业中发挥越来越重要的作用。

（2）光纤激光切割机器人的优缺点是**个。用工业机器人代替五轴机床可以描述空间轨迹，实现三维切割。工业机器人的重复定位精度略低于五轴机床±100μm，然而，这完全可以满足汽车钣金覆盖和底盘行业的精度要求；工业机器人的使用大大降低了系统的成本，降低了系统的耗电成本和运行维护成本，降低了系统的占地面积。

第二，与传统激光相比，光纤激光切割质量更好，系统成本更低，使用寿命更长，维护成本更低，功耗更低。关键是光纤激光器的激光可以通过光纤传输，便于与工业机器人连接，实现灵活加工。

第三，该系统**的缺点是只能加工金属工件，不能加工非金属工件。这是因为该系统采用光纤激光，波长为10 ** nm，10 相对于波长** 0nm的CO2非金属材料不易吸收激光。

第四，采用工业机器人+光纤激光的组合加工，一次完成修边冲孔等工艺，切口整齐，无需后处理，大大缩短了工艺流程，降低了劳动力成本和模具成本的投资，提高了产品等级和附加值。选择离线编程软件，通过数值模拟直接生成切割轨迹，放弃复杂的人工教学，更适合小批量、多批量维修市场、新产品试生产、非标准定制等个性化切割需求。三种加工方法，如附表所示。

第五，先进的光纤激光技术与数字控制技术的**结合，代表了**进的激光切割水平；专业的激光切割机控制系统，计算机操作，可以保证切割质量，使切割工作更方便，操作更简单；配置智能机械手，可实现三维切割，操作方便，智能程度高，确保设备高速、高精度、高可靠性；激光切割头配备进口激光切割头，反应灵敏、准确，与机械手有效配合，避免切割头与加工板碰撞，确保切割焦点位置，确保切割质量稳定；激光切割头可承受1.0MPa气压、高压气路设备，提高了不锈钢等难切材料的切割能力。

4.三维光纤激光切割机器人的技术优势

(1)三维切割系统的优势

一是切割速度快，是同类产品的两倍。

二是切割精度高。系统重复定位精度高达±100um。

第三，可切割<φ2mm小圆，切割效果光滑美观，目测无形变和毛刺。单个小圆的切割时间可以控制在2s内。

第四，选择臂长2.01m除了实现直径达到的机械手3m除了半球形三维加工区，还可以实现3m×1.5m二维平面切割。

第五，根据实际需要选择离线编程软件，可读取UG、SolidWork等待三维软件导出格式的数模，修改后直接生成切割轨迹，而不是人工教学，简单易用。

（2）采用IPG光纤激光器和激光电源激光器性能稳定，可以安全保证产品的整体质量。光纤激光器具有散热面积大、光束质量好、体积小等优点，与大型气体激光器和固体激光器相比具有明显的优势。

(3)美国进口的激光切割头采用美国进口的激光切割头，通过机械手编程控制，保持**焦距，保证**切割效果，避免不均匀时焦距变化引起的材料报废。

（4）机械手控制系统采用机械人控制系统，可为各部件提供全方位的机器人生产解决方案。具有可靠性强、速度快、精度高、功率大、耐久性强、通用性强等特点。

其运行速度更快，废品率更低，在扩大产能、提高效率方面发挥着重要作用。其高精度是专利的TrueMoveTM实现运动控制软件。IRB2600采用优化设计，机身紧凑轻便，节拍时间可比行业标准减少25%。QuickMoveTM运动控制软件使其加速度达到同类**，并实现速度**化，从而提高产能与效率。IRB2600工作范围大，安装方法灵活，可轻松直接到达目标设备，不干扰辅助设备。优化机器人安装是提高生产效率的有效手段。在模拟**工艺布局时，灵活的安装方法更方便。IRB2600底座可以更靠近目标设备，从而缩小整个工作站的面积。小底座也为下臂的正下操作创造了有利条件。

5.三维光纤激光切割机器人的应用

广泛应用于汽车和摩托车行业，包括电动自行车和头盔领域：如车身盖、方向盘孔、车身挡风板、车顶盖支架孔、安全气囊部件、液压成型部件等。三维激光切割在车身组装后的加工也非常有用，如行李架固定孔、顶盖滑轨孔、天线安装孔、车轮挡泥板形状修改等。

未来，三维激光加工技术将向高精度、高速度、高灵活性、低成本、智能化、高集成化方向发展。我国激光三维切割技术与国外先进技术仍存在较大差距。首先，它体现在设备的开发上，缺乏高光束质量的高功率激光器。目前，我国各地的三维激光切割设备大多从国外高价进口；其次，理论研究存在一定差距，主要集中在三维零件空间轨迹的实现和三维零件的切割过程中-材料-气体之间的交互作用，即3D激光切割机制没有进行深入研究，早在20世纪70年代，国外就开始提出其模型。因此，该技术仍有许多地方值得进一步研究和发展。