三維激光加工技術(shù)是激光智能化加工的趨勢，它結(jié)合新一代光纖激光技術(shù)和各類六軸或七軸機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了三維空間高速且高精度的切割和焊接加工。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，在歐美工業(yè)發(fā)達(dá)國家的生產(chǎn)制造業(yè)中，有 50%-70% 的零部件均采用三維激光加工技術(shù)進(jìn)行加工制作。

三維激光加工設(shè)備一直被國外廠家壟斷，盡管產(chǎn)品過硬，高昂的銷售價(jià)格和后期維護(hù)成本始終讓國內(nèi)工廠望而卻步。面對(duì)全球三維激光設(shè)備龐大的市場需求，大族松谷激光投入重兵重金積極研發(fā)，并取得了突破性進(jìn)展，截至目前， 高效率、高精度、多功能和高適應(yīng)性的大族松谷三維機(jī)器人光纖激光切割系列和焊接系列已批量推向全球市場。大族松谷激光智能加工設(shè)備能對(duì)不同厚度的金屬板材進(jìn)行多角度、多方位柔性智能化加工，滿足了航空航天、汽車輪船、機(jī)械制造、電梯制造、廣告制作、家用電器制造、醫(yī)療器械、五金、 裝飾、金屬對(duì)外加工服務(wù)等各種制造行業(yè)的金屬切割和焊接需求。其中，汽車生產(chǎn)制造業(yè)是三維激光切割和焊接技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域之一。

一、三維激光切割技術(shù)

三維激光切割加工范圍廣，適用于對(duì)不銹鋼、碳鋼、合金鋼、硅鋼、鍍鋅鋼板、鎳鈦合金、鉻鎳鐵合金、鋁、鋁合金、 鈦合金、銅等金屬材料的切割加工，覆蓋整個(gè)金屬材料工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，被廣泛使用在模具試制，成型件小批量生產(chǎn)方面。在無?；庸?，各項(xiàng)消耗成本，快速響應(yīng)市場，智能化生產(chǎn)和安全環(huán)保等方面都更具優(yōu)勢。

1、無模化加工

在產(chǎn)品改制和沖壓模具改型的過程中，將原有模具進(jìn)行拉深后，利用三維激光切割技術(shù)加工孔位和切邊，極大地縮短了試模周期。目前三維激光切割有取代修邊模、沖孔模的趨勢。如在汽車輕量化過程中，較薄的高強(qiáng)度鋼板被使用， 特別是對(duì)于強(qiáng)度高達(dá) 1500 MPa 的鋼板，由于強(qiáng)度較高，在加工這些高硬度的材料時(shí)，傳統(tǒng)設(shè)備的沖?；蛘叩毒叩氖褂脡勖鼤?huì)大大縮短，而激光切割就不必考慮這些問題。此外像汽車零部件中的非平面零件都需要采用三維激光切割來完成，非三維的平面切割方式無法做到。

在三維加工方面，大族松谷激光研發(fā)的 HyRobot C20 三維機(jī)器人光纖激光切割系列代替了傳統(tǒng)昂貴的五軸機(jī)床實(shí)現(xiàn)了三維立體激光切割，采用高精度的 Staubli 機(jī)器人， 全鋁合金手臂，重量輕，獨(dú)特的吊裝配重裝置工作范圍大， 保證任何姿態(tài)下都能加工。機(jī)器人機(jī)械臂展達(dá) 2.01m，切割臺(tái)面寬度可以達(dá) 2m，超過昂貴的六軸機(jī)床工作臺(tái)寬度，一般尺寸的成型件可在切割工作臺(tái)工作區(qū)域內(nèi)加工，有些大工型鈑金成型件也可以通過移動(dòng)平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)。不僅縮短了樣品生產(chǎn)及安裝周期，提高了更換產(chǎn)品的靈活性，同時(shí)也滿足了汽車非平面零部件機(jī)蓋、后蓋箱、水箱架、保險(xiǎn)杠、葉子板、車門等鈑金覆蓋件和元寶梁、控制臂、后橋等底盤件的三維切割、修邊以及沖孔等需求。

2、各項(xiàng)消耗成本更低

相比傳統(tǒng)的三維切割系統(tǒng)，采用三維工業(yè)機(jī)器人與光纖激光切割器的組合，大大降低了三維切割系統(tǒng)的成本造價(jià)， 減少了系統(tǒng)的占地面積；光纖激光器采用半導(dǎo)體模塊化和冗余設(shè)計(jì)，諧振腔內(nèi)無光學(xué)鏡片，不需要啟動(dòng)時(shí)間，具有免調(diào)節(jié)、免維護(hù)、高穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，降低了配件成本和維護(hù)的時(shí)間；同時(shí)，光纖激光的電光轉(zhuǎn)化效率高，轉(zhuǎn)換效率達(dá) 25％ 以上，是同等功率 CO2 激光器的 2-3 倍，產(chǎn)生的加工廢料更少，在金屬板材的切割過程中優(yōu)勢尤為突出，降低了整個(gè)加工時(shí)間成本，提高了生產(chǎn)效率。

光纖激光是目前最新的激光技術(shù)之一，在激光器方面，大族松谷的 HyRobot C20 三維機(jī)器人光纖激光切割機(jī)采用了德國原裝進(jìn)口光纖激光器，它具有散熱面積大、光束質(zhì)量好、 體積小巧等優(yōu)點(diǎn)，相比傳統(tǒng)激光，光纖激光具有更好的切割質(zhì)量， 更低的系統(tǒng)造價(jià)，更長的使用壽命和更低的維護(hù)費(fèi)用，更低的耗電。同時(shí)，搭載德國原裝智能隨動(dòng)三維激光切割頭，避免用戶對(duì)熟練操作人員的過分依賴，減少了人力成本的支出。

3、快速響應(yīng)市場

廠家開發(fā)模具的成本高昂，加之如今消費(fèi)強(qiáng)調(diào)個(gè)性化， 產(chǎn)品更新?lián)Q代周期逐漸變短，原來的模具化生產(chǎn)由于自身的局限——制作模具周期很長，已難以適應(yīng)越來越快的產(chǎn)品更替。 在快速響應(yīng)市場需求上，無疑利用三維激光切割、無?；目焖偌庸ぜ夹g(shù)將贏得了巨大的競爭優(yōu)勢。

4、智能自動(dòng)化生產(chǎn)

先進(jìn)三維機(jī)器人光纖激光切割與自動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)生產(chǎn)輔助管理系統(tǒng)技術(shù)的完美融合，代表著最先進(jìn)的激光切割水平。目前三維激光切割正向著激光切割單元無人化、自動(dòng)化方向發(fā)展。大族松谷激光的 HyRobot C20 三維機(jī)器人光纖激光切割機(jī)內(nèi)置自主研發(fā)的專業(yè)激光切割機(jī)控制系統(tǒng)，電腦操作，加之內(nèi)嵌了龐大工藝數(shù)據(jù)庫，使用方便， 更加智能，有效的降低了使用難度。加工路徑由程序控制， 如果加工對(duì)象發(fā)生變化，只須修改程序即可。同時(shí)配置界面友好的智能化手持操作終端，完全符合人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計(jì)，全方位降低操作難度。

配備遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)，使得 HyRobot C20 三維機(jī)器人光纖激光切割機(jī)顯得更加智能，更加強(qiáng)大，它可通過移動(dòng)端、 PC 端對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；支持光路自適應(yīng)系統(tǒng)； 支持鏡片自動(dòng)檢測；支持遠(yuǎn)程協(xié)助處理設(shè)備故障功能；可最大限度地降低設(shè)備的故障率，降低設(shè)備的維修維護(hù)成本，提高設(shè)備的持續(xù)穩(wěn)定性。用戶通過專業(yè)的數(shù)字控制系統(tǒng)，可以組織較大數(shù)量的三維激光切割單元（FMC）組成自動(dòng)化生產(chǎn)線，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)加工作業(yè)現(xiàn)場智能自動(dòng)化和無人化的生產(chǎn)及管理。

5、安全環(huán)保

光纖激光切割的電光轉(zhuǎn)換效率高 , 加工廢料少，噪音低，清潔、安全、無污染，大大改善了工作環(huán)境，更節(jié)能環(huán)保。 大族松谷 HyRobot C20 三維機(jī)器人光纖激光切割機(jī)設(shè)計(jì)的全包圍外防護(hù)裝置，采用安全聯(lián)鎖設(shè)計(jì)，有效隔離加工區(qū)， 避免激光的輻射傷害，完全滿足最嚴(yán)苛的歐洲激光設(shè)備安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，最大限度地保障了設(shè)備操作者的人身安全。 再配上煙塵自動(dòng)收集系統(tǒng)更加環(huán)保，真正實(shí)現(xiàn)安全與環(huán)保的雙重防護(hù)。

二、三維激光焊接技術(shù)

相比傳統(tǒng)焊接方式相比，激光焊接焊縫深寬比大，效率更高，無需增材，更為經(jīng)濟(jì)，而且焊縫材料一致性高， 焊接質(zhì)量強(qiáng)度高。

如今三維機(jī)器人與光纖激光焊接組合的方式在工業(yè)制造上的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，在高端制造領(lǐng)域尤為突出。三維激光焊接具有穩(wěn)定高質(zhì)量、焊接速度快、多工位協(xié)作和安全性高等特點(diǎn)。

1、穩(wěn)定高質(zhì)量的焊接

焊接參數(shù)如焊接電流、電壓、焊接速度和干伸長量等對(duì)焊接結(jié)果有著決定作用。采用三維機(jī)器人焊接時(shí)，每條焊縫的焊接參數(shù)都是恒定的，焊縫質(zhì)量受人為因素影響較小，降低了對(duì)工人操作技術(shù)的要求，因此焊接質(zhì)量穩(wěn)定。 而傳統(tǒng)的人工焊接方式，焊接速度、焊絲的干伸長量等都是變化的，很難做到質(zhì)量的均一性。大族松谷激光 HyRobot W20 三維機(jī)器人光纖激光焊接機(jī)采用的是 Staubli 工業(yè)機(jī)器人，它定位精度高，加工穩(wěn)定性高、范圍大，六軸聯(lián)動(dòng)， 輕松實(shí)現(xiàn)三維件的焊接。

與相比傳統(tǒng)焊接方式相比，光纖激光焊接不需要焊絲， 焊縫的形式和焊縫的長度可以自行定制，不改變材料的特性。大族松谷 HyRobot W20 三維機(jī)器人光纖激光焊接機(jī)配以激光器行業(yè)龍頭美國 IPG 公司的原裝進(jìn)口激光器，使得優(yōu)勢更加明顯，焊接更穩(wěn)定，質(zhì)量更高，整體外觀更平滑美觀，材料不產(chǎn)生翹曲。

2、焊接速度更快

光纖激光焊接的優(yōu)勢之一就是熱能集中，熱影響區(qū)小。相比單焦點(diǎn)焊接，激光振鏡掃描焊接 (Laser Scanner Welding) 則提供了更高的焊接效率、更大的柔性以及更好經(jīng)濟(jì)性，特別是對(duì)于某些部件需要很多短的搭接焊縫時(shí)更是如此。此類焊接頭能夠利用掃描振鏡將激光束定位在工件表面，兩片高速的掃描鏡片和一個(gè)直線軸來完成精確的定位， 并且移動(dòng)激光束的焦點(diǎn)，在 3D 空間 200×300×200mm3 范圍內(nèi)進(jìn)行快速焊接?？蓪?shí)現(xiàn)多種三維成型件之間的搭焊、疊焊、點(diǎn)焊。同時(shí)控制軟件能使用戶遠(yuǎn)程處理激光焊接進(jìn)程。 例如：編輯加工序列、編輯加工要求、焊縫形狀、焊接速度、 激光功率、激光能量坡度等，及時(shí)觀察和優(yōu)化激光狀態(tài)，編輯同步點(diǎn)和優(yōu)化加工路徑。

特別是利用工業(yè)機(jī)器人搭載掃描振鏡，極大減少了焊接頭的移動(dòng)定位時(shí)間，提高焊接效率。掃描振鏡與工件表面距離大，簡化了工裝治具結(jié)構(gòu)。配備自動(dòng)變位機(jī)組成多工位的焊接工作站，柔性更強(qiáng)，效率更高。

對(duì)未來車身結(jié)構(gòu)的研究表明，掃描焊接系統(tǒng)相對(duì)于電阻點(diǎn)焊來說，可以降低30%的投資成本，減少50%的加工區(qū)域， 縮短 60% 的加工時(shí)間。加之機(jī)器人可以 24 小時(shí)連續(xù)作業(yè)，采用高速高效三維激光焊接技術(shù)進(jìn)行焊接，加工效率提高得更為明顯。

3、多工位協(xié)同作業(yè)

針對(duì)單個(gè)三維激光焊接不能滿足生產(chǎn)的問題，還可設(shè)計(jì)三維光纖激光焊接多工位協(xié)同作業(yè)，配備自動(dòng)變位機(jī)組成多工位的焊接工作站，輪流上下料，柔性更強(qiáng)，生產(chǎn)效率更高。 通過修改程序以適應(yīng)不同工件的生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動(dòng)化。

4、安全性更高

焊接會(huì)產(chǎn)生焊接弧光、炯霧和飛濺等，危害工人健康或安全，而大族松谷激光 HyRobot W20 三維機(jī)器人光纖激光焊接機(jī)配備手持終端機(jī)，操作簡單，可以對(duì)機(jī)器人手臂進(jìn)行遠(yuǎn)距離操控焊接，工人無需正面接觸。對(duì)于點(diǎn)焊來說，工人無需搬運(yùn)笨重的手工焊鉗，使工人從高強(qiáng)度的體力勞動(dòng)中解脫出來。同時(shí)，根據(jù)客戶工況，設(shè)計(jì)合理的安全防護(hù)裝置， 有效的防止了焊接過程中激光輻射對(duì)工人的傷害。

從行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，工業(yè)機(jī)器人和激光行業(yè)都處于一個(gè)快速發(fā)展的過程中。激光加工技術(shù)特別是切割和焊接與工業(yè)機(jī)器人的高柔性和高效率有很多相輔相成之處。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與激光加工工藝的融合，會(huì)創(chuàng)造出更多三維激光加工解決方案，推動(dòng)激光加工應(yīng)用向智能化、低成本化、 高柔性化發(fā)展，幫助企業(yè)降低成本，實(shí)現(xiàn)更大產(chǎn)能，獲得更多的收益。