三維光纖激光切割機(jī)由專用光纖激光切割頭、高精度電容式跟蹤系統(tǒng)、光纖激光器以及工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)組成，對(duì)不同厚度的金屬板材進(jìn)行多角度、多方位柔性切割的先進(jìn)切割設(shè)備。三維機(jī)器人激光切割機(jī)設(shè)備廣泛的應(yīng)用于金屬加工、機(jī)械制造、汽車零部件制造等對(duì)3D工件有加工需求的生產(chǎn)。
1.三維光纖激光切割機(jī)器人
（1）三維激光切割原理 激光通過激光器產(chǎn)生后由反射鏡傳遞并通過聚集鏡照射到加工物品上，使加工物品（表面）受到強(qiáng)大的熱能而溫度急劇增加，使該點(diǎn)因高溫而迅速的熔化或者汽化，配合激光頭的運(yùn)行軌跡從而達(dá)到加工目的。
（2）光纖的選擇 根據(jù)金屬板材的厚度不同，選用不同的光纖激光器功率，三維切割光纖激光器的功率一般分200W、300W、400W、500W與1000W等多種規(guī)格；對(duì)不同功率的激光器配備不同的冷卻系統(tǒng)，以保障激光器的正常工作。同時(shí)要根據(jù)機(jī)械臂的工作半徑和加工工件的大小選定合適長度的操作光纖傳輸激光以滿足客戶切割要求。
（3）輔助氣體的要求 三維光纖激光切割機(jī)采用的輔助氣體是99.99%的氧氣，這樣對(duì)切割的精度、速度和切割的斷面效果有很大的幫助。
2.三維光纖激光切割機(jī)器人的特點(diǎn)
（1）柔性高 尤其適合小批量的三維鈑金切割。其高柔性主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：
第一，對(duì)材料的適應(yīng)性強(qiáng)，激光切割機(jī)通過數(shù)控程序基本上可以切割任意板材。
第二，加工路徑由程序控制，如果加工對(duì)象發(fā)生變化，只須修改程序即可，這一點(diǎn)在零件修邊、切孔時(shí)體現(xiàn)得尤為明顯，因?yàn)樾捱吥?、沖孔模對(duì)其他不同零件的加工無能為力，而且模具的成本高，所以目前三維激光切割有取代修邊模、沖孔模的趨勢(shì)。一般來說三維機(jī)械加工的夾具設(shè)計(jì)及其使用比較復(fù)雜，但激光加工時(shí)對(duì)被加工板材不施加機(jī)械加工力，這使得夾具制作變得很簡單。此外，一臺(tái)激光設(shè)備如果配套不同的硬件和軟件，就可以實(shí)現(xiàn)多種功能。
總之，在實(shí)際生產(chǎn)中，三維激光切割在提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省原材料等方面優(yōu)勢(shì)明顯。因此，盡管設(shè)備成本高、一次性投資大，國內(nèi)還是有很多汽車、飛機(jī)生產(chǎn)廠家購進(jìn)了三維激光加工機(jī)，部分高校也購進(jìn)了相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行科研，三維激光技術(shù)勢(shì)必在我國制造業(yè)中發(fā)揮著越來越大的作用。
（2）光纖激光切割機(jī)器人優(yōu)缺點(diǎn) 第一，用工業(yè)機(jī)器人代替五軸機(jī)床。兩者都能進(jìn)行空間軌跡描述實(shí)現(xiàn)三維立體切割，工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)定位精度比五軸機(jī)床稍低，約為±100um，但這完全可以滿足汽車鈑金覆蓋件和底盤行業(yè)的精度要求。而采用工業(yè)機(jī)器人大大降低了系統(tǒng)的成本造價(jià)，減少了耗電系統(tǒng)費(fèi)用和系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，減少了系統(tǒng)的占地面積。
第二，光纖激光相比傳統(tǒng)激光，具有更好的切割質(zhì)量，更低的系統(tǒng)造價(jià)，更長的使用壽命和更低的維護(hù)費(fèi)用，更低的耗電。關(guān)鍵是光纖激光器的激光可以通過光纖傳輸，方便與工業(yè)機(jī)器人連接，實(shí)現(xiàn)柔性加工。
第三，本系統(tǒng)唯一的缺陷是只能加工金屬工件，不能加工非金屬工件。這是因?yàn)楸鞠到y(tǒng)采用的是光纖激光，其波長為1064nm，相對(duì)于波長為10640nm的CO2激光，不易為非金屬工件所吸收的緣故。
第四，采用工業(yè)機(jī)器人＋光纖激光器的組合進(jìn)行加工，修邊沖孔等工藝一次完成，切口整齊無需后道工藝再處理，大大縮短了工藝流程，降低了人工成本和模具費(fèi)用的投入，也提高了產(chǎn)品檔次和附加值。選配離線編程軟件，通過數(shù)值模擬直接生成切割軌跡，拋棄了繁雜的人工示教，更加適合小批量多批次的維修市場(chǎng)、新品試制和非標(biāo)定制等個(gè)性化的切割需求。
第五，先進(jìn)光纖激光技術(shù)與數(shù)字控制技術(shù)完美融合，代表著最先進(jìn)的激光切割水平；專業(yè)的激光切割機(jī)控制系統(tǒng)，電腦操作，能夠保證切割質(zhì)量，使切割工作更方便，操作更為簡單；配置智能機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)三維立體切割，操控方便，智能化程度高，保證設(shè)備的高速度、高精度、高可靠性；激光切割頭配置進(jìn)口激光切割頭，反應(yīng)靈敏、準(zhǔn)確，與機(jī)械手有效配合，避免切割頭與加工板材碰撞，并能保證切割焦點(diǎn)位置，保證切割質(zhì)量穩(wěn)定；激光切割頭可承受1.0MPa氣體壓力，高壓氣路設(shè)備，提高了對(duì)不銹鋼等難切割材料的切割能力。
五軸機(jī)床＋CO2激光器與機(jī)器人＋光纖激光器的對(duì)比分析
3.三維光纖激光切割機(jī)器人的技術(shù)優(yōu)勢(shì)
（1）三維切割系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)：
第一，切割速度快，為同類產(chǎn)品的兩倍。
第二，切割精度高。系統(tǒng)重復(fù)定位精度高達(dá)±100um。
第三，可切割直徑小至2mm的小圓，切割效果圓滑美觀，目測(cè)無形變和毛刺。單個(gè)小圓切割時(shí)間可控制在2s內(nèi)。
第四，選配臂長2.01m的機(jī)械手，除了實(shí)現(xiàn)直徑達(dá)3m的半球形三維加工區(qū)域外，還可實(shí)現(xiàn)3m×1.5m的二維平面切割。
第五，根據(jù)實(shí)際需要選配離線編程軟件，可讀取UG,SOLIDWORK等三維作圖軟件導(dǎo)出格式的數(shù)模，修改后直接生成切割軌跡，代替人工示教，簡單易用。
（2）采用世界頂級(jí)的IPG光纖激光器和激光電源光纖激光切割機(jī)均采用世界最高水平的IPG激光器，其性能穩(wěn)定、產(chǎn)品整體質(zhì)量得到安全保障。光纖激光器具有散熱面積大、光束質(zhì)量好、體積小巧等優(yōu)點(diǎn)，同體積龐大的氣體激光器和固體激光器相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
（3）采用美國進(jìn)口激光切割頭 配置美國進(jìn)口的激光切割頭，通過機(jī)械手編程控制，保持最佳的焦距，確保最佳的切割效果，避免了材料不平整時(shí)，焦距變化問題引起的材料報(bào)廢
（4）機(jī)械手控制系統(tǒng) 采用機(jī)械人操控系統(tǒng)，可提供適合每一種零部件的全方位機(jī)器人生產(chǎn)解決方案。具有可靠性強(qiáng)、速度快、精度高、功率大、堅(jiān)固耐用、通用性等特點(diǎn)。
4.結(jié)語
未來三維激光加工技術(shù)將向高精度、高速度、高柔性、低成本、智能化及高集成化方向發(fā)展。我國激光三維切割技術(shù)跟國外先進(jìn)技術(shù)還有很大差距，首先表現(xiàn)在設(shè)備的研制上，缺少高光束質(zhì)量的高功率激光器。目前我國各地?fù)碛械?a href="http://musicdt.cn/laser-cutter/586.html">三維激光切割設(shè)備大部分從國外高價(jià)進(jìn)口，在理論研究上也存在一定差距，主要集中在三維零件空間軌跡的實(shí)現(xiàn)和三維零件的切割工藝兩個(gè)方面，對(duì)三維零件激光切割過程中的激光-材料-氣體之間的交互作用即三維激光切割機(jī)理未作深入研究，而國外早在20世紀(jì)70年代就有人開始提出其模型。該技術(shù)還有很多地方值得繼續(xù)深入研究和發(fā)展。