開發(fā)背景

三維激光切割機國際上最早出現(xiàn)于上世紀70年代初期，我國的機器人三維切割以其先進、靈活、快速的柔性化加工特點僅應用于精度和效率要求不高的加工領域，無法滿足對具有復雜曲面三維工件進行高質量、高精度、高效率精密切割加工要求。核心部件三維五軸切割頭，出于保密和技術封鎖等原因，國外公司幾乎不對外出售，因此造就了目前行業(yè)市場上設備主要用依靠進口的格局，如通快、普瑞瑪，設備不僅價格高昂，而且交貨期長。 

中國是制造大國，向制造強國轉變是大勢所趨。特別是在汽車和航空、航天業(yè)，為了提高產品質量和加工效率，降低設備投入和維護成本，迫切需要開發(fā)出適合對具有復雜曲面的三維工件進行高質量、高精度、高效率精密加工的激光切割設備。

產品扼要說明

Pentacon 4020三維五軸光纖激光切割機（見附圖）是一種對具有復雜曲面的三維工件進行精密加工的尖端設備，主要由X軸高架橋式床身、Y軸橫梁、Z軸、帶A/C/F軸及防碰撞結構的專用切割頭和移動式工作臺等主要部件組成，并配置IPG 2KW光纖激光器、西門子840D三維五軸數(shù)控系統(tǒng)、三維五軸切割軟件等。

設備加工范圍(長*寬*高) 4000mm*2000mm*800mm，主機均采用西門子交流伺服電機、高精度齒輪齒條和直線導軌傳動，保證了X/Y/Z軸定位精度≤0.05mm、X/Y軸重復定位精度≤0.03mm、A/C軸定位精度≤0.03°、A/C軸重復定位精度≤0.01°；采用專用導軌基座、龍門雙驅結構，高剛性高動態(tài)響應的橫梁配以直線導軌雙邊齒輪齒條驅動，具有足夠的剛性，耐磨，抗震，在滿負荷運轉下能保持高精度、高效率、低噪音的良好性能，達到X/Y軸最大定位速度80m/min，Z軸最大定位速度50m/min，最大加速度可達1.5G。

三維切割頭創(chuàng)新采用傳動軸DD馬達直接驅動方式，可沿垂直方向無限制連續(xù)回轉的旋轉軸C軸和可沿一個垂直方向做±135°擺動的擺動軸A軸，均安裝在Z軸溜板上，能隨Z軸上下移動，使得切割頭在執(zhí)行各種復雜的軌跡運動中不受任何限制。切割頭內部采用中空結構，用來傳遞光束，并確保光束在加工過程中始終沿指定方向聚焦在工件上，并配備了用于自動補償由于彈性變形所造成的零件表面尺寸同理論尺寸之間誤差高動態(tài)隨動軸F軸（行程±7.5mm）和防碰裝置。

激光器選用IPG 2KW光纖激光器，針對主要用于汽車、航空等領域的三維異形件金屬板材，實現(xiàn)切割厚度碳鋼≤12mm、不銹鋼≤6mm、鋁合金≤5mm、鈦合金≤3mm的高質量、高精度、高效率三維切割，切口粗糙度Ra3.2～25.4um，無需二次加工。
 

其改進或創(chuàng)新的關鍵點 

Pentacon 4020三維五軸光纖激光切割機創(chuàng)新設計的關鍵點在于核心部件三維五軸切割頭。傳動軸采用DD馬達直接驅動，旋轉軸C軸可沿垂直方向無限制連續(xù)回轉, 擺動軸A軸可以沿一個垂直方向做±135°的擺動，旋轉C軸和擺動A軸均安裝在Z軸溜板上，能隨Z軸上下移動。切割頭上還配有高動態(tài)隨動軸F軸（行程±7.5mm），用于自動補償由于彈性變形所造成的零件表面尺寸同理論尺寸之間的誤差。切割頭內部采用中空結構，用來傳遞光束，并確保光束在加工過程中始終沿指定方向聚焦在工件上。光路是由光纖通過準直裝置將光束變成平行光，再通過兩組折射鏡反射到切割頭上的聚焦鏡。為了避免切割頭噴嘴與工件或夾具發(fā)生碰撞，在隨動軸和切割頭之間設計安裝了防碰裝置，以保護切割頭免受破壞。