要研制出高效高精度自動(dòng)化切割的3D數(shù)控激光切割機(jī)，則需要開(kāi)展如下關(guān)鍵技術(shù)的研究。

　　高精度長(zhǎng)行程的六軸機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。3D數(shù)控激光切割機(jī)共有X/Y/Z/C 4個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸和A/B兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸。直線運(yùn)動(dòng)軸行程和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)范圍的要求大，為復(fù)雜的六軸精密機(jī)械系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)與制造難度大。需要采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、有限元計(jì)算與試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，充分借助基于計(jì)算機(jī)仿真的機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)3D數(shù)控激光切割機(jī)關(guān)鍵部件與整體進(jìn)行有限元分析，通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化，改進(jìn)機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性，確保高速切割過(guò)程中的機(jī)床穩(wěn)定性。

　　長(zhǎng)距離多關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)光路設(shè)計(jì)。為避免激光切割過(guò)程中引起激光器的震動(dòng)，確保激光光束質(zhì)量，3D數(shù)控激光切割機(jī)一般采用激光器與機(jī)床分離的結(jié)構(gòu)。由于3D數(shù)控激光切割機(jī)加工范圍都比較大，這使得激光導(dǎo)光光路長(zhǎng)，激光在長(zhǎng)光路傳輸過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一定的能量衰減。此外，3D激光切割機(jī)帶有旋轉(zhuǎn)范圍大的A/B旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸，使得導(dǎo)光系統(tǒng)不僅需要通過(guò)反射鏡位置變化，還需要通過(guò)反射鏡的角度變化來(lái)實(shí)現(xiàn)激光傳遞。通過(guò)反射鏡角度變化傳遞激光，會(huì)產(chǎn)生激光反射誤差放大問(wèn)題。

　　3D激光加工頭研制。3D激光加工頭是3D數(shù)控激光切割機(jī)的關(guān)鍵部件，包括了實(shí)現(xiàn)A/B軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和C軸焦點(diǎn)自動(dòng)跟蹤直線運(yùn)動(dòng)、輔助氣體噴嘴、激光聚焦裝置、碰撞保護(hù)裝置、水氣電接口與密封。3D激光加工頭的運(yùn)動(dòng)精度與定位精度直接影響到激光的加工精度，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(zhì)量，還需防止長(zhǎng)時(shí)間激光加工會(huì)導(dǎo)致加工頭的溫度升高而影響其工作特性等技術(shù)難題，因此3D激光加工頭自主研制的難度很大。

　　六軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。3D激光切割機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)需要具備五軸聯(lián)動(dòng)功能。而且由于激光切割軌跡為空間曲線，在進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)一般采用大量的微小線段通過(guò)首尾相連接的方式進(jìn)行擬合，這要求在高速加工的過(guò)程中，數(shù)控系統(tǒng)具備前瞻功能，通過(guò)線段間銜接速度的平滑過(guò)渡防止切割過(guò)程中反復(fù)出現(xiàn)升降速而無(wú)法達(dá)到規(guī)定切割速度要求，避免出現(xiàn)過(guò)燒現(xiàn)象。目前3D激光切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)可選范圍小，而且難以進(jìn)行面向激光切割工藝的二次開(kāi)發(fā)。

　　金屬薄板類(lèi)零件的激光切割加工工藝研究。激光切割實(shí)質(zhì)是高能激光束與輔助氣體相互作用的結(jié)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(tài)轉(zhuǎn)變、輔助氣體壓力與流動(dòng)特性是影響切割質(zhì)量與效率的重要因素。需要通過(guò)采用理論分析、數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方式研究輔助氣體壓力、噴嘴類(lèi)型、激光功率等工藝參數(shù)對(duì)切割速度與質(zhì)量的影響規(guī)律。通過(guò)合理配置工藝參數(shù)，提高激光切割的效率和質(zhì)量。

　　3D激光切割工藝與裝備在我國(guó)的應(yīng)用尚處于起步階段，只有少數(shù)合資汽車(chē)企業(yè)開(kāi)始陸續(xù)引進(jìn)此類(lèi)設(shè)備進(jìn)行沖壓件修邊和汽車(chē)車(chē)身樣件開(kāi)發(fā)，同發(fā)達(dá)的國(guó)際汽車(chē)工業(yè)相比，我國(guó)汽車(chē)工業(yè)3D激光切割應(yīng)用水平的差距還很大。我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的蓬勃發(fā)展，需要更多國(guó)產(chǎn)化的3D數(shù)控激光切割機(jī)來(lái)滿(mǎn)足需求，這將為3D激光切割機(jī)的推廣提供很大的市場(chǎng)空間。