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開(kāi)發(fā)背景

三維激光切割機(jī)國(guó)際上最早出現(xiàn)于上世紀(jì)70年代初期，我國(guó)的機(jī)器人三維切割以其先進(jìn)、靈活、快速的柔性化加工特點(diǎn)僅應(yīng)用于精度和效率要求不高的加工領(lǐng)域，無(wú)法滿(mǎn)足對(duì)具有復(fù)雜曲面三維工件進(jìn)行高質(zhì)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(shù)封鎖等原因，國(guó)外公司幾乎不對(duì)外出售，因此造就了目前行業(yè)市場(chǎng)上設(shè)備主要用依靠進(jìn)口的格局，如通快、普瑞瑪，設(shè)備不僅價(jià)格高昂，而且交貨期長(zhǎng)。 

中國(guó)是制造大國(guó)，向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變是大勢(shì)所趨。特別是在汽車(chē)和航空、航天業(yè)，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率，降低設(shè)備投入和維護(hù)成本，迫切需要開(kāi)發(fā)出適合對(duì)具有復(fù)雜曲面的三維工件進(jìn)行高質(zhì)量、高精度、高效率精密加工的激光切割設(shè)備。

產(chǎn)品扼要說(shuō)明

Pentacon 4020三維五軸光纖激光切割機(jī)（見(jiàn)附圖）是一種對(duì)具有復(fù)雜曲面的三維工件進(jìn)行精密加工的尖端設(shè)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(jié)構(gòu)的專(zhuān)用切割頭和移動(dòng)式工作臺(tái)等主要部件組成，并配置IPG 2KW光纖激光器、西門(mén)子840D三維五軸數(shù)控系統(tǒng)、三維五軸切割軟件等。

設(shè)備加工范圍(長(zhǎng)*寬*高) 4000mm*2000mm*800mm，主機(jī)均采用西門(mén)子交流伺服電機(jī)、高精度齒輪齒條和直線(xiàn)導(dǎo)軌傳動(dòng)，保證了X/Y/Z軸定位精度≤0.05mm、X/Y軸重復(fù)定位精度≤0.03mm、A/C軸定位精度≤0.03°、A/C軸重復(fù)定位精度≤0.01°；采用專(zhuān)用導(dǎo)軌基座、龍門(mén)雙驅(qū)結(jié)構(gòu)，高剛性高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的橫梁配以直線(xiàn)導(dǎo)軌雙邊齒輪齒條驅(qū)動(dòng)，具有足夠的剛性，耐磨，抗震，在滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)下能保持高精度、高效率、低噪音的良好性能，達(dá)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(dá)1.5G。

三維切割頭創(chuàng)新采用傳動(dòng)軸DD馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)方式，可沿垂直方向無(wú)限制連續(xù)回轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸C軸和可沿一個(gè)垂直方向做±135°擺動(dòng)的擺動(dòng)軸A軸，均安裝在Z軸溜板上，能隨Z軸上下移動(dòng)，使得切割頭在執(zhí)行各種復(fù)雜的軌跡運(yùn)動(dòng)中不受任何限制。切割頭內(nèi)部采用中空結(jié)構(gòu)，用來(lái)傳遞光束，并確保光束在加工過(guò)程中始終沿指定方向聚焦在工件上，并配備了用于自動(dòng)補(bǔ)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(dòng)態(tài)隨動(dòng)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(duì)主要用于汽車(chē)、航空等領(lǐng)域的三維異形件金屬板材，實(shí)現(xiàn)切割厚度碳鋼≤12mm、不銹鋼≤6mm、鋁合金≤5mm、鈦合金≤3mm的高質(zhì)量、高精度、高效率三維切割，切口粗糙度Ra3.2～25.4um，無(wú)需二次加工。
 

其改進(jìn)或創(chuàng)新的關(guān)鍵點(diǎn) 

Pentacon 4020三維五軸光纖激光切割機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)在于核心部件三維五軸切割頭。傳動(dòng)軸采用DD馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)軸C軸可沿垂直方向無(wú)限制連續(xù)回轉(zhuǎn), 擺動(dòng)軸A軸可以沿一個(gè)垂直方向做±135°的擺動(dòng)，旋轉(zhuǎn)C軸和擺動(dòng)A軸均安裝在Z軸溜板上，能隨Z軸上下移動(dòng)。切割頭上還配有高動(dòng)態(tài)隨動(dòng)軸F軸（行程±7.5mm），用于自動(dòng)補(bǔ)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(nèi)部采用中空結(jié)構(gòu)，用來(lái)傳遞光束，并確保光束在加工過(guò)程中始終沿指定方向聚焦在工件上。光路是由光纖通過(guò)準(zhǔn)直裝置將光束變成平行光，再通過(guò)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(dòng)軸和切割頭之間設(shè)計(jì)安裝了防碰裝置，以保護(hù)切割頭免受破壞。