透過CCMT2010中國數(shù)控機床展覽會看我國激光加工機的發(fā)展趨勢

中國機床工具工業(yè)協(xié)會鍛壓機械分會 王春生

在歷屆中國數(shù)控機床展覽會中，CCMT2010是金屬成型機床展出最多的一屆，也是激光加工機床在金屬成型機床展品中占據(jù)比重最大的一屆。據(jù)不完全統(tǒng)計，本屆中國數(shù)控機床展覽會共展出用于金屬加工的數(shù)控激光切割機17臺，這一領域的國內(nèi)知名企業(yè)幾乎都展出了自己的最新產(chǎn)品，成為展會的一大亮點。

回顧我國數(shù)控激光切割機近二十年的發(fā)展史，經(jīng)歷了由緩慢到快速、由簡單到復雜、由窄臺面到寬臺面、由二維到三維、由仿制到自主創(chuàng)新的艱難歷程。我國機床行業(yè)在經(jīng)歷了近十年的艱苦探索，近十年的集成創(chuàng)新，迎來了數(shù)控激光切割機快速發(fā)展的階段。

數(shù)控激光切割機之所以備受金屬加工領域青睞，在較短時間里得以迅速發(fā)展，與其強大的功能分不開。僅就加工金屬板材而言，采用激光切割工藝不僅可以節(jié)省昂貴的模具費用，而且能使加工周期大為縮短，在產(chǎn)品更新周期越來越短的今天，對新品開發(fā)、單件小批生產(chǎn)和多品種輪番生產(chǎn)有著明顯的優(yōu)勢。此外，在大型板材類零件和汽車覆蓋件的切割方面，在通過編程實現(xiàn)復雜零件的切割和多種零件的優(yōu)化排料方面，也是其他金屬加工設備難以替代的。

在本屆中國數(shù)控機床展覽會上，深圳市大族激光科技股份有限公司、上海團結普瑞瑪激光設備有限公司、武漢法利萊切割系統(tǒng)工程有限責任公司等專業(yè)生產(chǎn)激光加工機的企業(yè)和濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司、江蘇金方圓數(shù)控機床有限公司、江蘇揚力集團、江蘇亞威機床股份有限公司等專業(yè)生產(chǎn)金屬成型機床的企業(yè)都以強勁的姿態(tài)展出了高水平數(shù)控激光切割機。此外，沈陽機床股份有限公司、韓光精密技術（上海）有限公司、武漢奔騰楚天激光設備有限公司以及首次亮相的天水鍛壓機床有限公司都展出了非凡的展品。這標志著我國已經(jīng)形成了生產(chǎn)數(shù)控激光切割機的企業(yè)群體和有自主知識產(chǎn)權的成熟產(chǎn)品，生產(chǎn)企業(yè)群體的形成代表了我國在該領域的整體實力，高端產(chǎn)品標志著我國數(shù)控激光切割機在國際主流產(chǎn)品中的地位。

主要展品

濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司展出了一臺LR0412型高性能寬幅面數(shù)控激光切割機。該機采用恒長光路技術，設計了一個獨立的伺服軸（U軸），通過數(shù)控系統(tǒng)計算出由于X、Y軸移動產(chǎn)生的光束傳播長度變化，移動U軸以彌補其變化量，使切割行程內(nèi)的任何位置，自激光器出光口至切割嘴的光束長度為恒定。此外，全自動調(diào)焦裝置，可根據(jù)板材厚度自動確定相應焦點位置；高壓切割氣路采用電氣比例控制技術，實現(xiàn)了氣體壓力參數(shù)化控制，提高了切割不銹鋼、鋁等材料的切割能力及穩(wěn)定性；切割頭抬起時X／Y軸同時移動到達下一切割位置，切割頭落下即可切割，這一 “蛙跳”功能節(jié)省時間，提高了切割效率。該機X軸行程12100 mm、Y軸行程4100 mm、Z軸行程200mm、W軸（調(diào)焦）行程18mm，采用日本FANUC C4000i－B激光器、FANUC 18i LB數(shù)控系統(tǒng)。 該機 X／A軸定位精度±0.1mm／全長、軸重復定位精度 0.05 mm，Y軸定位精度±0.03mm、軸重復定位精度 0.02 mm，X／A 軸移動速度30m／min、Y軸移動速度60m／min、XY軸的最大插補速度10m／min。

深圳市大族激光科技股份有限公司展出了一臺G3015HD型高速龍門式雙驅(qū)傳動數(shù)控激光切割機。該機整機結構緊湊，外形美觀，具有時代感；整體鑄造的床身及橫梁，經(jīng)二次高精密加工成型，整體剛性及精度穩(wěn)定性好；雙邊雙交流伺服電機同步驅(qū)動，精度高、運行速度快、運行平穩(wěn)；采用全封閉式導光系統(tǒng)和飛行光路、抽屜快換式鏡座，確保鏡片的潔凈、壽命和切割精度；氣體壓力可調(diào)，適于不同厚度、不同材質(zhì)的板材切割，激光切割頭最大可承受氣體壓力為2.3MPa；激光切割頭上的電容式高靈敏度非接觸式跟蹤系統(tǒng)，使切割系統(tǒng)與板材保持高度的一致性，可避免激光切割頭與板材碰撞；多焦距聚焦鏡快速更換功能，縮短更換聚焦鏡時間，滿足薄板和厚板的優(yōu)質(zhì)切割。該機X軸行程3010mm、Y軸行程1510 mm、Z軸行程120mm，該機 X／Y軸定位精度±0.025mm／全長、重復定位精度0.015 mm，X／Y 軸最大定位速度 120m／min。

江蘇金方圓數(shù)控機床有限公司展出了一臺JC3125型數(shù)控激光切割機。該機采用德國ROFINDC025型CO2板條激光發(fā)生器，帶有非接觸式電容傳感器的高壓激光切割頭，可切割碳鋼板厚度達為 20mm， 定位速度 127m／min， 加速度 1.5g， 帶自動交換式雙工作臺，操作、維護方便，工作效率高。帶有大面積視窗的防護罩，可提供全方位安全保護，機床操作面及正面全開放，加工區(qū)域視野開闊。該機切割板材尺寸3000×1500 mm，X軸行程3050 mm、Y軸行程1550 mm、Z軸行程120mm，X／Y軸進給速度 90m／min、加速度 1.5g、合成速度127m／min，切割精度±0.10mm／全長。

上海團結普瑞瑪激光設備有限公司展出了一臺DOMINO1530型懸臂式激光切割機。該機在普瑞瑪平面加工設備PLATINO優(yōu)勢的基礎上，集成了三維加工設備的經(jīng)驗研制而成，實現(xiàn)了在一臺設備上同時實現(xiàn)平面切割、三維切割、坡口切割和管材切割。DOMINO1530 速度可達 150m／min，加速度 1.2g，是目前速度最高的5軸激光加工設備。該機采用一體化設計，將激光器、數(shù)控系統(tǒng)、機床和電機等集成為一體，對地基要求簡單且能實現(xiàn)快速安裝；采用飛行光路，加工時工件固定不動、加工效率高，開放性好、操作易接近；配備F軸，無需手動調(diào)節(jié)，可快速適應多種材料的切割；采用新型直驅(qū)聚焦頭，動態(tài)性能高、精度高；可實現(xiàn)離線編程，提高了設備的利用率。該機X軸行程3000 mm、Y軸行程1500 mm、Z軸行程400mm，X／Y軸進給速度100m／min、 加速度 1.2g，定位精度±0.03mm。

江蘇揚力集團展出了一臺ML－3015型數(shù)控激光切割機。該機采用飛行光路和等光程裝置，有效保證切割過程光路長度恒定，從而杜絕了因光路長度變化給切割質(zhì)量帶來的不良影響；采用龍門式結構橫梁，剛性好、工作過程平穩(wěn)，有利于機床和加工工件的精度保持；采用交換式工作臺，上下料方便，有利于提高整機工作效率；切割頭的隨動系統(tǒng)采用電容式傳感器，具有防撞功能；自動編程軟件可實現(xiàn)手動和自動套料，提高了切割效率和材料利用率。該機X軸行程3000mm、Y軸行程1500mm、Z軸行程 100mm，機床定位精度0.06mm、重復定位精度0.015mm，最大定位速度106m／min、最大切割速度20m／min，最大切割能力中碳鋼 22mm、不銹鋼12mm、鋁10mm。

武漢法利萊切割系統(tǒng)工程有限責任公司展出了一臺CONTOUR DM4020型數(shù)控激光切割機，采用鑄件床身、鑄鋁橫梁，實現(xiàn)機床的整體強度高、剛性好；等光程系統(tǒng)保證了在4000×2000mm范圍內(nèi)工件切割質(zhì)量的一致性；龍門結構雙邊高速驅(qū)動實現(xiàn)單軸速度100m／min、復合速度140m／min，加速度1g；垂直升降式交換工作臺，工作臺下方空間大，多腔式設計，更利于除渣及抽風除塵。該機最大加工范圍4000×2000 mm，最大切割能力中碳鋼20mm、不銹鋼10mm、 鋁 8mm。 加工精度±0.05mm（薄板）、 XY 軸定位精度±0.025mm（全程）、 重復定位精度±0.01mm。

江蘇亞威機床股份有限公司展出的YWLaser－3030型數(shù)控激光切割機，采用BALLIU公司先進技術，可成套解決激光加工問題。該機選用西門子最新的SIEMENS840D控制系統(tǒng)和德國ROFIN激光器，采用雙邊同步控制技術、龍門飛行光路，具有高速度、高加速度、高精度和穩(wěn)定可靠的優(yōu)點。此外，還具有雙控式水冷機組，能有效防止結露；輔助切割氣體比例控制，自動化程度高；外光路貫通式封閉結構，腔內(nèi)正壓，保證光路穩(wěn)定等特點。該機最大加工范圍3000×1500 mm，X軸行程1550 mm、Y軸行程3100 mm、Z軸行程100mm，X／Y軸最大定位速度120m／min、最大合成速度170m／min，定位精度±0.05mm、 重復定位精度±0.02mm

此外，沈陽機床股份有限公司、韓光精密技術（上海）有限公司、武漢奔騰楚天激光設備有限公司以及首次亮相的天水鍛壓機床有限公司都展出了水平甚佳的數(shù)控激光切割機，在結構布局和技術層面上與上述展品有諸多相近之處，不再累述。

我國激光加工機的發(fā)展趨勢

我國數(shù)控激光切割機問世的第一個10年，進步與發(fā)展是緩慢的、艱難的。有兩點可以證明，一是研制開發(fā)數(shù)控激光切割機的企業(yè)不多，二是控激光切割機技術性能的突破不大。進入上世紀九十年代后期，隨著企業(yè)體制的多樣化、技術來源的多元化，我國數(shù)控激光切割機進入了快速發(fā)展的階段。同樣有兩點可以說明，一是我國數(shù)控激光切割機的技術水平已經(jīng)達到國際先進水平，二是我國生產(chǎn)數(shù)控激光切割機的企業(yè)已經(jīng)形成了一個梯隊。成熟的國產(chǎn)數(shù)控激光切割機很快便出現(xiàn)在中國國際機床展和中國數(shù)控機床展上，并成為展會的一大亮點。

目前國產(chǎn)數(shù)控激光切割機的主流技術是全飛行光路技術和恒長光路技術，更加強調(diào)動態(tài)加速性能；通過高性能數(shù)控系統(tǒng)和內(nèi)置激光切割專用工藝軟件，針對激光切割的工藝要求，根據(jù)所需切割的材料及厚度，自動設定激光切割時所需的激光功率、切割速度、打孔時間、輔助氣體的選擇、輔助氣體壓力、激光焦點位置等最佳切割參數(shù)，使機床自動處于最佳運行狀態(tài)；大多產(chǎn)品配置有封閉式防護艙，以避免輻射泄露，提高機床的安全性能；同時，在宜人化造型設計和人性化用戶界面方面進步顯著；網(wǎng)絡連接控制技術也得到應用。

此外，以下技術也得到普遍應用。激光切割頭配有反應靈敏的電感式自動尋找焦點檢測系統(tǒng)，以適應板面不平整的有效切割；抽屜快換式鏡座，確保鏡片的潔凈、壽命和切割精度；高壓切割氣路采用電氣比例控制技術，實現(xiàn)了氣體壓力參數(shù)化控制，提高了切割能力和穩(wěn)定性；多樣性的交換工作臺，有效提高了工作效率。

談我國數(shù)控激光切割機的現(xiàn)狀和發(fā)展，必須提到該領域國際舞臺上的幾大巨頭，即德國通快公司（TRUMPF）、瑞士百超公司（BYSTRONIC）、日本天田公司（AMADA）、意大利普瑞瑪工業(yè)公司（PRIMA INDUSTRIE）和日本馬扎克（MAZAK）公司，這些公司不僅在技術方面引領潮流，而且產(chǎn)量也幾乎占了世界總產(chǎn)量的90%。

與國內(nèi)產(chǎn)品比較，這些國外公司生產(chǎn)的數(shù)控激光切割機在大、寬、精、快等方面更勝一籌。首先，普遍采用3～6kW大功率激光器，加工能力和加工板材的幅面更大；其次，隨著雙邊雙交流伺服電機同步驅(qū)動和龍門式結構的日益成熟，寬臺面機床的比例不斷上升；第三，精確的溫控技術、動態(tài)減振設計、光纖高速數(shù)據(jù)傳遞、切割速度與激光功率同步控制、切割頭精確測量板料位置確定切割零點等技術的采用，極大地提高了加工零件的精度；最后，在追求快的方面，各公司都各出奇招。瑞士百超公司采用全飛行光路技術和螺旋馬達驅(qū)動系統(tǒng)，使動態(tài)加速度達3g；日本天田公司采用雙直線伺服電機驅(qū)動和高速飛行光路技術，最大加速度可達5g；意大利普瑞瑪工業(yè)公司的技術最具特色，將激光切割機的運動部件分成兩部分，一是三軸（X、Y、Z）聯(lián)動的主軸，在整個加工范圍內(nèi)移動；二是兩軸（U、V）聯(lián)動的局部軸，帶動切割頭在局部范圍內(nèi)移動。主軸的慣量較大，運動速度相對較慢，僅執(zhí)行大尺寸外形加工或粗略輪廓的定位等大位移；局部軸采用并聯(lián)機床運動形式，直線電機驅(qū)動，慣量小、速度快，執(zhí)行復雜軌跡的運動，使切割過程中的加速度超過6g，是目前市場上加工速度最快的激光切割機。

不難看出，加大機床的加工范圍、提高機床的工作效率和切割工件的加工精度、實現(xiàn)市場利益的最大化，無疑是用戶的普遍追求。因此，我國數(shù)控激光切割機的發(fā)展趨勢，必然是在大、寬、精、快等方面加快步伐，并在核心技術、制造水平、軟件開發(fā)以及產(chǎn)品精細程度方面與國際一流產(chǎn)品看齊。

結束語

近年來，我國數(shù)控激光加工機實現(xiàn)了快速發(fā)展，經(jīng)形成了生產(chǎn)數(shù)控激光加工機的企業(yè)群體和有自主知識產(chǎn)權的成熟產(chǎn)品，在國際舞臺上有了一席之地和一定的言語權。這對打破國外企業(yè)產(chǎn)品價格壟斷方面起到了積極作用，國外知名企業(yè)某些產(chǎn)品價格下滑態(tài)勢也證明了這一點。然而，國外數(shù)控激光切割機產(chǎn)品仍然占據(jù)著高端位置，高端產(chǎn)品的價格及其售后服務的價格仍居高不下，國內(nèi)企業(yè)在一段時間里還很無奈。我國數(shù)控激光加工機主流畢竟是中端產(chǎn)品，目前在國內(nèi)市場上雖然十分暢銷，但隨著市場對高端產(chǎn)品需求的增加，國內(nèi)企業(yè)的危機感將隨之而來。

應當提及的是，雖然在數(shù)控激光加工機市場上不乏高水平的國產(chǎn)機床，但許多關鍵部件和關鍵技術還依賴進口卻是不爭的事實。大功率激光器的研制，多任務控制系統(tǒng)的開發(fā)，高水平功能部件的生產(chǎn)，是擺在整個行業(yè)面前的共同任務，也是提高我國數(shù)控激光加工機水平的共同目標。

本屆展覽會上出現(xiàn)的采用光纖激光器的數(shù)控激光加工機引起了業(yè)內(nèi)人士的關注，也聽到光纖激光加工機將是發(fā)展趨勢的議論。筆者認為，光纖激光器只有在切割鋁、不銹鋼薄板時才會顯現(xiàn)出優(yōu)勢，而且必須有快速運動的設備作為載體。目前，切割的板材多數(shù)為碳鋼，CO2激光器在性能和性價比方面最具優(yōu)勢，因此光纖激光加工機不可能成為激光加工機的主流產(chǎn)品。