要研制出高效高精度自動化切割的3D數控激光切割機，則需要開展如下關鍵技術的研究。
高精度長行程的六軸機械系統設計與制造技術。3D數控激光切割機共有X/Y/Z/C 4個直線運動軸和A/B兩個旋轉運動軸。直線運動軸行程和旋轉運動軸旋轉范圍的要求大，為復雜的六軸精密機械系統，其設計與制造難度大。需要采用經驗設計、有限元計算與試驗驗證相結合的方法，充分借助基于計算機仿真的機床結構優化設計技術，對3D數控激光切割機關鍵部件與整體進行有限元分析，通過機械結構優化，改進機床的動態特性，確保高速切割過程中的機床穩定性。
長距離多關節回轉光路設計。為避免激光切割過程中引起激光器的震動，確保激光光束質量，3D數控激光切割機一般采用激光器與機床分離的結構。由于3D數控激光切割機加工范圍都比較大，這就使得激光導光光路長，激光在長光路傳輸過程中會出現一定的能量衰減。此外，3D激光切割機帶有旋轉范圍大的A/B旋轉運動軸，使得導光系統不僅需要通過反射鏡位置變化，還需要通過反射鏡的角度變化來實現激光傳遞。通過反射鏡角度變化傳遞激光，會產生激光反射誤差放大問題。
3D激光加工頭研制。3D激光加工頭是3D數控激光切割機的關鍵部件，包括了實現A/B軸的旋轉運動機構和C軸焦點自動跟蹤直線運動、輔助氣體噴嘴、激光聚焦裝置、碰撞保護裝置、水氣電接口與密封。3D激光加工頭的運動精度與定位精度直接影響到激光的最后加工精度，且輔助氣體噴嘴與激光聚焦裝置安裝精度影響到激光切割質量，還需防止長時間激光加工會導致加工頭的溫度升高而影響其工作特性等技術難題，因此3D激光加工頭自主研制的難度很大。
六軸五聯動數控系統開發。3D激光切割機的數控系統需要具備五軸聯動功能。而且由于激光切割軌跡為空間曲線，在進行數控編程時一般采用大量的微小線段通過首尾相連接的方式進行擬合，這就要求在高速加工的過程中，數控系統具備前瞻功能，通過線段間銜接速度的平滑過渡防止切割過程中反復出現升降速而無法達到規定切割速度要求，避免出現過燒現象。目前3D激光切割機數控系統可選范圍小，而且難以進行面向激光切割工藝的二次開發。
金屬薄板類零件的激光切割加工工藝研究。激光切割實質是高能激光束與輔助氣體相互作用的結果，一方面高能光束使加工材料熔化甚至氣化，另一方面輔助氣體把熔融金屬和部分熱量從切口中排出去。所以，激光加工的能量分布、金屬液固狀態轉變、輔助氣體壓力與流動特性是影響切割質量與效率的重要因素。需要通過采用理論分析、數值模擬與實驗結合的方式研究輔助氣體壓力、噴嘴類型、激光功率等工藝參數對切割速度與質量的影響規律。通過合理配置工藝參數，提高激光切割的效率和質量。
3D激光切割工藝與裝備在我國的應用尚處于起步階段，只有少數合資汽車企業開始陸續引進此類設備進行沖壓件修邊和汽車車身樣件開發，同發達的國際汽車工業相比，我國汽車工業3D激光切割應用水平的差距還很大。我國汽車工業的蓬勃發展，需要更多國產化的3D數控激光切割機來滿足需求，這將為3D激光切割機的推廣提供很大的市場空間。
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