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三維五軸聯動數控激光加工機被譽為高功率激光加工設備領域“皇冠上的明珠”，技術含量高、難度大，是一種能夠加工復雜曲面的設備。大族激光智能裝備集團于2009年開始設計制造該機床，2012交付首臺三維五軸聯動數控激光焊接系統，2013年三維五軸聯動數控切割機床推向市場，打破國外30余年的壟斷，形成進口替代。目前擁有全系列的三維五軸聯動數控激光加工機床：高架龍門式、工作臺移動式與懸臂式，還拓展到大幅面精密3D打印領域。設計龍門式、工作臺移動式與懸臂式系列結構，通過優化設計，整機具備高速、高精、高動態性能、高穩定性。

熱成型件三維五軸

原創設計：

1、高架龍門式、工作臺移動式與懸臂式結構的設計。高架龍門式雙驅結構，主、副支撐立柱的支撐方式；主支撐立柱采用連體式結構，大大提高機床剛性和穩定性，大行程的Z軸滑枕采用鑄鋁結構，提高Z軸加速性能，滿足五個動態軸的慣量匹配，系國內首創，比肩國際先進水平，擁有最大范圍的加工空間和人工接近性，滿足工件尺寸較大的加工需求，壓鑄鋁梁結構能滿足橫梁高動態性能狀態下的穩定性和剛性需求，有效減輕驅動負載。工作臺移動式三維五軸激光切割機，主要是針對汽車、模具行業新車型試制過程中多品種、小批量的零部件進行激光切孔和修邊。懸臂式三維五軸激光切割機主要是對汽車熱成型件進行激光加工，因為熱成型件屈服強度高達1000Mpa，傳統的模具修邊與沖孔難以進行加工或者模具損耗程度很高。

2、無限旋轉三維激光加工頭的核心設計。所設計的三維頭包含C/A軸， C軸為旋轉軸，A軸為擺動軸。A軸擺動角度≤±135°，C軸N*360°無限旋轉，兩軸定位速度可達120r/min,定位精度達±0.015°，重復定位精度±0.005°，C/A軸加速度100rad/s2，W軸加速度4g，具有360°可靠無損的多級防撞保護系統。三維激光加工頭設計成多層冗余密封、多點接觸結構，研發大扭矩復合中空力矩電機，解決了三維激光加工頭在通水、通氣、通電工況下實現無限旋轉，同時實現小尺寸輕量化，以保證高加速需求；可滿足6000W及以上高功率光纖激光的三維切割及焊接，激光頭自適應變焦功能，在切割過程中根據板厚的變化自動調節焦點，達到最佳斷面切割效果。

3、機床主體各核心件基于模態、剛度匹配的設計。進行大量的CAE技術分析設計，以機床床身為主體，通過對大型基礎支承件，橫梁、滑枕等動態部件動力學分析和實測，保證機床的高精度、高動態性能。

4、整機優化設計。對設備的靜態、動態性能進行測試及分析，對三維加工頭以及機床本體結構的動、靜剛性、接觸剛度、抗振性、穩定性、傳動結構的幾何精度、傳動精度、定位精度、設備模態、設備動態性能進行測試，數據收集，再進行大量的數據總結分析及整機優化，達到最佳狀態。

5、應用具有RTCP功能的多軸聯動數控系統。五軸加工的刀具具有長度補償功能，無需編程即能實現；實現在開放式SOFT-CNC系統平臺上的實時微內核；建立了專家知識和經驗工藝參數的數據庫，研究出基于激光切割理論方法和實際專家經驗的工藝參數推理，自動獲取切割工藝曲線趨勢分析，進而可以生成更優化的加工軌跡，及避讓激光3D切割頭與特殊輪廓的碰撞。

集成創新：

1、設備集成了國內首次采用的高架龍門式雙驅機構、同時覆蓋工作臺移動式及懸臂式機構、其中龍門及懸臂采用壓鑄航空鋁橫梁結構、設備最大加工范圍可達4000mm×2000mm×750mm，解決大尺寸三維件加工難題；優于機器人結構式與懸臂式，具有更大的加工范圍、更高的速度與更好的加工效果。

2、采用自主研發的N×360°無限旋轉的三維加工頭，提高加工效率，在滿足切割功能的同時，還可方便地更換成焊接頭、3D打印頭，實現功能復合化、模塊化。

3、大行程的Z軸滑枕，采用鑄鋁材料，減輕其負載，可提高Z軸加速性能，滿足五個動態軸的慣量匹配。

4、針對加工工藝難題，通過不斷改變工藝參數，以及在拐角的軌跡處實現速度和功率的調整，實現了三維覆蓋件誤差補償、鋁板無毛刺激光切割、拐角切割質量控制。

5、機床機械裝配用準直儀、千分表、大理石平臺、大理石方尺等工具檢測調整好機床各軸的原始裝配定位精度和幾何精度，最后用激光干涉儀檢測各軸定位精度和重復定位精度，對設備精度誤差進行精密補償。

市場推廣應用：

1、2012年推出首臺高架龍門三維五軸激光焊接系統。其加工速度快，效率高，柔性高，解決了多項難加工材料的切割及焊接、大型薄壁件高效加工、特種表面零件加工、大型回轉件四周焊接等難題，尤其針對鈦合金、鋁合金鋼等材料的激光加工領域，利用三維激光切割，從傳統的加工變成激光加工，在效率和精度方面得到了幾何級的提升。

2、在汽車及模具行業，設計了工作臺移動式及懸臂式三維機床，2016年開始成功投入使用，在針對汽車冷、熱沖壓件，模具零部件的加工取得了非常好的效果，打破了國外三維五軸聯動加工設備長期壟斷國內汽車及模具行業的局面。

3、高鐵行業的高壓柜焊接領域，2015年開始在我國各大核心高壓充氣柜生產廠推廣，并總結出一整套高壓氣柜激光焊接的工藝方法。打破了國際激光公司在高壓氣柜焊接領域的壟斷，焊接效率及焊接質量直接對標國外頂尖水準。采用先進的焊接工藝及裝備，成功克服了不銹鋼激光焊接中的飛濺、高反、塌陷等缺陷，使產品的氣密性能及焊接質量得到了充分保證，同時大大提高了客戶的生產效率，其工藝水平達到了國內領先水平，助力高鐵成為“中國名片”！