透过CCMT2010中国数控机床展览会看我国激光加工机的发展趋势

中国机床工具工业协会锻压机械分会 王春生

在历届中国数控机床展览会中，CCMT2010是金属成型机床展出最多的一届，也是激光加工机床在金属成型机床展品中占据比重最大的一届。据不完全统计，本届中国数控机床展览会共展出用于金属加工的数控激光切割机17台，这一领域的国内知名企业几乎都展出了自己的最新产品，成为展会的一大亮点。

回顾我国数控激光切割机近二十年的发展史，经历了由缓慢到快速、由简单到复杂、由窄台面到宽台面、由二维到三维、由仿制到自主创新的艰难历程。我国机床行业在经历了近十年的艰苦探索，近十年的集成创新，迎来了数控激光切割机快速发展的阶段。

数控激光切割机之所以备受金属加工领域青睐，在较短时间里得以迅速发展，与其强大的功能分不开。仅就加工金属板材而言，采用激光切割工艺不仅可以节省昂贵的模具费用，而且能使加工周期大为缩短，在产品更新周期越来越短的今天，对新品开发、单件小批生产和多品种轮番生产有着明显的优势。此外，在大型板材类零件和汽车覆盖件的切割方面，在通过编程实现复杂零件的切割和多种零件的优化排料方面，也是其他金属加工设备难以替代的。

在本届中国数控机床展览会上，深圳市大族激光科技股份有限公司、上海团结普瑞玛激光设备有限公司、武汉法利莱切割系统工程有限责任公司等专业生产激光加工机的企业和济南铸造锻压机械研究所有限公司、江苏金方圆数控机床有限公司、江苏扬力集团、江苏亚威机床股份有限公司等专业生产金属成型机床的企业都以强劲的姿态展出了高水平数控激光切割机。此外，沈阳机床股份有限公司、韩光精密技术（上海）有限公司、武汉奔腾楚天激光设备有限公司以及首次亮相的天水锻压机床有限公司都展出了非凡的展品。这标志着我国已经形成了生产数控激光切割机的企业群体和有自主知识产权的成熟产品，生产企业群体的形成代表了我国在该领域的整体实力，高端产品标志着我国数控激光切割机在国际主流产品中的地位。

主要展品

济南铸造锻压机械研究所有限公司展出了一台LR0412型高性能宽幅面数控激光切割机。该机采用恒长光路技术，设计了一个独立的伺服轴（U轴），通过数控系统计算出由于X、Y轴移动产生的光束传播长度变化，移动U轴以弥补其变化量，使切割行程内的任何位置，自激光器出光口至切割嘴的光束长度为恒定。此外，全自动调焦装置，可根据板材厚度自动确定相应焦点位置；高压切割气路采用电气比例控制技术，实现了气体压力参数化控制，提高了切割不锈钢、铝等材料的切割能力及稳定性；切割头抬起时X／Y轴同时移动到达下一切割位置，切割头落下即可切割，这一 “蛙跳”功能节省时间，提高了切割效率。该机X轴行程12100 mm、Y轴行程4100 mm、Z轴行程200mm、W轴（调焦）行程18mm，采用日本FANUC C4000i－B激光器、FANUC 18i LB数控系统。 该机 X／A轴定位精度±0.1mm／全长、轴重复定位精度 0.05 mm，Y轴定位精度±0.03mm、轴重复定位精度 0.02 mm，X／A 轴移动速度30m／min、Y轴移动速度60m／min、XY轴的最大插补速度10m／min。

深圳市大族激光科技股份有限公司展出了一台G3015HD型高速龙门式双驱传动数控激光切割机。该机整机结构紧凑，外形美观，具有时代感；整体铸造的床身及横梁，经二次高精密加工成型，整体刚性及精度稳定性好；双边双交流伺服电机同步驱动，精度高、运行速度快、运行平稳；采用全封闭式导光系统和飞行光路、抽屉快换式镜座，确保镜片的洁净、寿命和切割精度；气体压力可调，适于不同厚度、不同材质的板材切割，激光切割头最大可承受气体压力为2.3MPa；激光切割头上的电容式高灵敏度非接触式跟踪系统，使切割系统与板材保持高度的一致性，可避免激光切割头与板材碰撞；多焦距聚焦镜快速更换功能，缩短更换聚焦镜时间，满足薄板和厚板的优质切割。该机X轴行程3010mm、Y轴行程1510 mm、Z轴行程120mm，该机 X／Y轴定位精度±0.025mm／全长、重复定位精度0.015 mm，X／Y 轴最大定位速度 120m／min。

江苏金方圆数控机床有限公司展出了一台JC3125型数控激光切割机。该机采用德国ROFINDC025型CO2板条激光发生器，带有非接触式电容传感器的高压激光切割头，可切割碳钢板厚度达为 20mm， 定位速度 127m／min， 加速度 1.5g， 带自动交换式双工作台，操作、维护方便，工作效率高。带有大面积视窗的防护罩，可提供全方位安全保护，机床操作面及正面全开放，加工区域视野开阔。该机切割板材尺寸3000×1500 mm，X轴行程3050 mm、Y轴行程1550 mm、Z轴行程120mm，X／Y轴进给速度 90m／min、加速度 1.5g、合成速度127m／min，切割精度±0.10mm／全长。

上海团结普瑞玛激光设备有限公司展出了一台DOMINO1530型悬臂式激光切割机。该机在普瑞玛平面加工设备PLATINO优势的基础上，集成了三维加工设备的经验研制而成，实现了在一台设备上同时实现平面切割、三维切割、坡口切割和管材切割。DOMINO1530 速度可达 150m／min，加速度 1.2g，是目前速度最高的5轴激光加工设备。该机采用一体化设计，将激光器、数控系统、机床和电机等集成为一体，对地基要求简单且能实现快速安装；采用飞行光路，加工时工件固定不动、加工效率高，开放性好、操作易接近；配备F轴，无需手动调节，可快速适应多种材料的切割；采用新型直驱聚焦头，动态性能高、精度高；可实现离线编程，提高了设备的利用率。该机X轴行程3000 mm、Y轴行程1500 mm、Z轴行程400mm，X／Y轴进给速度100m／min、 加速度 1.2g，定位精度±0.03mm。

江苏扬力集团展出了一台ML－3015型数控激光切割机。该机采用飞行光路和等光程装置，有效保证切割过程光路长度恒定，从而杜绝了因光路长度变化给切割质量带来的不良影响；采用龙门式结构横梁，刚性好、工作过程平稳，有利于机床和加工工件的精度保持；采用交换式工作台，上下料方便，有利于提高整机工作效率；切割头的随动系统采用电容式传感器，具有防撞功能；自动编程软件可实现手动和自动套料，提高了切割效率和材料利用率。该机X轴行程3000mm、Y轴行程1500mm、Z轴行程 100mm，机床定位精度0.06mm、重复定位精度0.015mm，最大定位速度106m／min、最大切割速度20m／min，最大切割能力中碳钢 22mm、不锈钢12mm、铝10mm。

武汉法利莱切割系统工程有限责任公司展出了一台CONTOUR DM4020型数控激光切割机，采用铸件床身、铸铝横梁，实现机床的整体强度高、刚性好；等光程系统保证了在4000×2000mm范围内工件切割质量的一致性；龙门结构双边高速驱动实现单轴速度100m／min、复合速度140m／min，加速度1g；垂直升降式交换工作台，工作台下方空间大，多腔式设计，更利于除渣及抽风除尘。该机最大加工范围4000×2000 mm，最大切割能力中碳钢20mm、不锈钢10mm、 铝 8mm。 加工精度±0.05mm（薄板）、 XY 轴定位精度±0.025mm（全程）、 重复定位精度±0.01mm。

江苏亚威机床股份有限公司展出的YWLaser－3030型数控激光切割机，采用BALLIU公司先进技术，可成套解决激光加工问题。该机选用西门子最新的SIEMENS840D控制系统和德国ROFIN激光器，采用双边同步控制技术、龙门飞行光路，具有高速度、高加速度、高精度和稳定可靠的优点。此外，还具有双控式水冷机组，能有效防止结露；辅助切割气体比例控制，自动化程度高；外光路贯通式封闭结构，腔内正压，保证光路稳定等特点。该机最大加工范围3000×1500 mm，X轴行程1550 mm、Y轴行程3100 mm、Z轴行程100mm，X／Y轴最大定位速度120m／min、最大合成速度170m／min，定位精度±0.05mm、 重复定位精度±0.02mm

此外，沈阳机床股份有限公司、韩光精密技术（上海）有限公司、武汉奔腾楚天激光设备有限公司以及首次亮相的天水锻压机床有限公司都展出了水平甚佳的数控激光切割机，在结构布局和技术层面上与上述展品有诸多相近之处，不再累述。

我国激光加工机的发展趋势

我国数控激光切割机问世的第一个10年，进步与发展是缓慢的、艰难的。有两点可以证明，一是研制开发数控激光切割机的企业不多，二是控激光切割机技术性能的突破不大。进入上世纪九十年代后期，随着企业体制的多样化、技术来源的多元化，我国数控激光切割机进入了快速发展的阶段。同样有两点可以说明，一是我国数控激光切割机的技术水平已经达到国际先进水平，二是我国生产数控激光切割机的企业已经形成了一个梯队。成熟的国产数控激光切割机很快便出现在中国国际机床展和中国数控机床展上，并成为展会的一大亮点。

目前国产数控激光切割机的主流技术是全飞行光路技术和恒长光路技术，更加强调动态加速性能；通过高性能数控系统和内置激光切割专用工艺软件，针对激光切割的工艺要求，根据所需切割的材料及厚度，自动设定激光切割时所需的激光功率、切割速度、打孔时间、辅助气体的选择、辅助气体压力、激光焦点位置等最佳切割参数，使机床自动处于最佳运行状态；大多产品配置有封闭式防护舱，以避免辐射泄露，提高机床的安全性能；同时，在宜人化造型设计和人性化用户界面方面进步显著；网络连接控制技术也得到应用。

此外，以下技术也得到普遍应用。激光切割头配有反应灵敏的电感式自动寻找焦点检测系统，以适应板面不平整的有效切割；抽屉快换式镜座，确保镜片的洁净、寿命和切割精度；高压切割气路采用电气比例控制技术，实现了气体压力参数化控制，提高了切割能力和稳定性；多样性的交换工作台，有效提高了工作效率。

谈我国数控激光切割机的现状和发展，必须提到该领域国际舞台上的几大巨头，即德国通快公司（TRUMPF）、瑞士百超公司（BYSTRONIC）、日本天田公司（AMADA）、意大利普瑞玛工业公司（PRIMA INDUSTRIE）和日本马扎克（MAZAK）公司，这些公司不仅在技术方面引领潮流，而且产量也几乎占了世界总产量的90%。

与国内产品比较，这些国外公司生产的数控激光切割机在大、宽、精、快等方面更胜一筹。首先，普遍采用3～6kW大功率激光器，加工能力和加工板材的幅面更大；其次，随着双边双交流伺服电机同步驱动和龙门式结构的日益成熟，宽台面机床的比例不断上升；第三，精确的温控技术、动态减振设计、光纤高速数据传递、切割速度与激光功率同步控制、切割头精确测量板料位置确定切割零点等技术的采用，极大地提高了加工零件的精度；最后，在追求快的方面，各公司都各出奇招。瑞士百超公司采用全飞行光路技术和螺旋马达驱动系统，使动态加速度达3g；日本天田公司采用双直线伺服电机驱动和高速飞行光路技术，最大加速度可达5g；意大利普瑞玛工业公司的技术最具特色，将激光切割机的运动部件分成两部分，一是三轴（X、Y、Z）联动的主轴，在整个加工范围内移动；二是两轴（U、V）联动的局部轴，带动切割头在局部范围内移动。主轴的惯量较大，运动速度相对较慢，仅执行大尺寸外形加工或粗略轮廓的定位等大位移；局部轴采用并联机床运动形式，直线电机驱动，惯量小、速度快，执行复杂轨迹的运动，使切割过程中的加速度超过6g，是目前市场上加工速度最快的激光切割机。

不难看出，加大机床的加工范围、提高机床的工作效率和切割工件的加工精度、实现市场利益的最大化，无疑是用户的普遍追求。因此，我国数控激光切割机的发展趋势，必然是在大、宽、精、快等方面加快步伐，并在核心技术、制造水平、软件开发以及产品精细程度方面与国际一流产品看齐。

结束语

近年来，我国数控激光加工机实现了快速发展，经形成了生产数控激光加工机的企业群体和有自主知识产权的成熟产品，在国际舞台上有了一席之地和一定的言语权。这对打破国外企业产品价格垄断方面起到了积极作用，国外知名企业某些产品价格下滑态势也证明了这一点。然而，国外数控激光切割机产品仍然占据着高端位置，高端产品的价格及其售后服务的价格仍居高不下，国内企业在一段时间里还很无奈。我国数控激光加工机主流毕竟是中端产品，目前在国内市场上虽然十分畅销，但随着市场对高端产品需求的增加，国内企业的危机感将随之而来。

应当提及的是，虽然在数控激光加工机市场上不乏高水平的国产机床，但许多关键部件和关键技术还依赖进口却是不争的事实。大功率激光器的研制，多任务控制系统的开发，高水平功能部件的生产，是摆在整个行业面前的共同任务，也是提高我国数控激光加工机水平的共同目标。

本届展览会上出现的采用光纤激光器的数控激光加工机引起了业内人士的关注，也听到光纤激光加工机将是发展趋势的议论。笔者认为，光纤激光器只有在切割铝、不锈钢薄板时才会显现出优势，而且必须有快速运动的设备作为载体。目前，切割的板材多数为碳钢，CO2激光器在性能和性价比方面最具优势，因此光纤激光加工机不可能成为激光加工机的主流产品。