摘要：三维激光切割是将激光切割技术应用于立体工件的非接触切割加工，激光头的运动轨迹是一个空间的曲线。在正常情况下一套模具只能针对一种工件一道工序，而三维激光切割能针对任意工件的任意工序。其广泛应用于汽车行业中，它能够方便快捷的实现汽车覆盖件的三维修边和冲孔，也可以在一些小批量的试制中取代修边和冲孔模具，甚至在一些量产车型的部分制件的修边冲孔工序中完全由三维激光切割取代。本文主要对三维激光切割在一汽模具生产中的应用
进行探讨和分析，以供相关人员作已参考。
关键词：三维激光切割；应用
引言
随着激光加工技术与装备制造业的不断发展，激光切割已经广泛应用于航空航天、汽车制造、钣金加工等重点行业。三维激光切割技术代表着激光加工技术的一个发展前沿方向，也逐渐受到广泛关注，三维激光切割最大的特点就是柔性高，适合三维钣金材料的切割，在实际生产中，三维激光切割能够明显提高产品质量和生产效率，缩短产品开发周期，降低劳动强度，节约原材料。因此，如何能够在传统机械加工机床中便捷地加入激光加工功能，形成高集成化的机械与激光复合加工设备，这在当前加工技术研究中是非常有意义的。
一、概述
激光切割技术现已广泛应用于汽车、航天航空、机车车辆、工程机械等制造领域，它利用聚焦镜将激光束聚焦在材料表面 ，将材料加热使材料熔化或汽化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化或汽化的材料， 达到切割材料的目的，并使激光束与材料沿一定的轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。三维激光切割相对于二维激光切割，三维激光切割需不停地调整激光切割头姿势， 以保证激光切割头始终与工件表面垂直， 从而获得优良的切割质量。PRIMA公司创造性地将电容式传感器集成到三维激光切割设备中，使机床可以自动适应冲压件弹性变形造成的误差，在切割过程中，使用电容传感器来保证喷嘴与工件之间的距离为某一常量，传感器能够根据数控程序自动调整切割头与工件之间的距离。
二、三维激光切割的优缺点
经生产实践证明，三维激光切割具有以下优点：①柔性好，能适应不同形状工件的切割加工。②精度高，能满足铝合金动车组、不锈钢地铁等产品的制造精度。③经济效益高，可以取代传统制造工艺的修边模和冲孔模，其工艺步骤简单、制造周期短、切割速度快、切缝宽度小、加工质量高，可以大幅度降低成本，缩短新车型的研发周期，具有良好的经济价值和应用前景。在本公司三维激光切割机的应用中，主要有以下不足：①切割功率较小，无法切割厚板，仅能切割板厚<4mm的不锈钢和铝合金板。②维修费用较高，关键零部件依靠进口。
三、 影响三维激光切割质量的因素
三维激光切割可获得较高的精度，主要得益于三维激光切割机本身的高精度制造。激光切割的质量评价指标主要有过烧、挂渣、切割表面粗糙度、切口宽度及切口锥度。影响激光切割质量的主要因素有焦点位置、切割功率、切割速度、切割气压。生产中，一般根据工件的材质、板厚、曲面复杂程度设置切割参数。
三、三维激光切割机的应用
虽然该三维激光切割系统对生产效率提升不少，但是也存在一些影响生产效率和质量的不足之处。
1、编程
三维激光切割有示教和离线两种。对于示教编程：首先，示教编程占用机床时间长。例如一个轿车侧围的修边切孔编程大约需要两天时间，此类程序编制的工作量大，劳动强度大，且在采点编缉过程中容易出错。其次，程序的可交换性差。对称件（如左右翼子板）程序需重复编制。但示教编程的准确性高，因为其是一步一步通过大量的点数据采集构成的程序，所以此类程序后期改动量小，并且节约了购买编程软件的成本，对于占用机床时间对生产任务不忙的企业是合适的。对于离线编程：使用编程软件利用工件的数控模型编程。这种方式的优点很多，首先，效率高，编程速度快；其次，不占用机床，可以提前编制多个程序，方便安排生产；并且此类程序方便更改，对称工件无需要重复编程。相比示教编程，不需要全尺寸的刻线件，只需要几个刻线点（三个以上）即可。但这种编程方式准确度低，后期改动大。因为离线编写的程序在机床加工时对程序坐标系的定位是通过实际采集刻线点的机床坐标值与数据模型中的理论坐标值进行比对，通过某种算法拟合程序。也就是说，它会对实际工件的偏差做出相对应的调整，使程序的轨迹更贴近于实际工件。但是这种策略几乎可以肯定，实际加工出来的工件会有所偏差。而数据点的采集一般设在较容易采集区域，只是根据这三个点间偏差来回移动坐标系，难免无法顾及全部。因此，在实际生产中，必须对程序进行调整。
2、工装支架
工装支架通常有两种制作方式。一种是插板式的，即通过切割出对应产品形状的钢板，彼此拼搭而成。这种方法速度快，效率高，是一种粗定位。另一种是用钢筋（管）焊在底座上和产品搭接部分或使用旧件的一部分（手工切割下来），或使用树脂块和产品贴附。这种方法更贴近实际工件。三维激光切割主要面对的是拉延件，无法用销子等孔来定位，只能靠工件的形状来定位，而薄板件的变形量又比较大，所以生产中在支架上辅以磁铁等加强定位。
（3）激光切割系统
三维激光切割机床使用的是二氧化碳板条式激光器，激光发生器发出的激光需要经过由设在机床各自轴上的反射镜片组成的光路系统传到激光切割头的聚焦镜上，再通过聚焦使平行光束变成光点照射在工件上，通过烧熔、吹屑等动作完成切割工作。影响激光切割质量的因素很多，激光的功率，模态频率，整个光路系统的传输效率，稳定性等，还有加工材料的光反射率，切割用气体种类，气体压力，切割喷嘴的口径大小，喷嘴的形状，切割时的焦点位置，打孔的焦点位置，切割功率与速度的对应等。这些是激光切割要考虑的因素，三维激光切割还需面对切割喷嘴与工件不垂直时加工状态。这是由产品形状与切割头干涉所造成的，有时这种干涉使得加工无法顺利完成，就必须对工艺流程作出相应的更改。
结束语
通过三维激光切割设备的生产实践，三维激光切割对加工效率的提升是非常显著的。对于二氧化碳板条式激光切割系统，激光器的各种性能光束的纯度，能量的密度，高负荷时输出的稳定性，激光气体的寿命与经济性，对电压变化的适应性等都将极大地提高三维激光切割的能力、质量与效率。三维激光切割技术在铝合金动车组、不锈钢地铁的生产中应用广泛，已实现批量化生产，并发展成为企业不可替代的重要加工方法。在提高生产效率、缩短制造周期、减少模具种类和数量方面发挥了显著的作用，为企业赢得市场发挥了积极作用。
参考文献
[1]汪勇.三维激光切割在一汽模具生产中的应用 [J].金属加工，2015（10）.
[2]孙晓，蒋明，陈聪，高明，曾晓雁. 三维激光切割在机械加工机床中的集成研究[J].制造技术与机床，2015（01）.
[3]王强，党键，王鹏.三维激光切割技术在机车车辆制造中的应用 [J].金属加工，2015（10）.