三維五軸聯(lián)動數(shù)控激光加工機(jī)被譽(yù)為高功率激光加工設(shè)備領(lǐng)域“皇冠上的明珠”，技術(shù)含量高、難度大，是一種能夠加工復(fù)雜曲面的設(shè)備。大族激光智能裝備集團(tuán)于2009年開始設(shè)計制造該機(jī)床，2012交付首臺三維五軸聯(lián)動數(shù)控激光焊接系統(tǒng)，2013年三維五軸聯(lián)動數(shù)控切割機(jī)床推向市場，打破國外30余年的壟斷，形成進(jìn)口替代。目前擁有全系列的三維五軸聯(lián)動數(shù)控激光加工機(jī)床：高架龍門式、工作臺移動式與懸臂式，還拓展到大幅面精密3D打印領(lǐng)域。設(shè)計龍門式、工作臺移動式與懸臂式系列結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化設(shè)計，整機(jī)具備高速、高精、高動態(tài)性能、高穩(wěn)定性。

熱成型件三維五軸

原創(chuàng)設(shè)計：

1、高架龍門式、工作臺移動式與懸臂式結(jié)構(gòu)的設(shè)計。高架龍門式雙驅(qū)結(jié)構(gòu)，主、副支撐立柱的支撐方式；主支撐立柱采用連體式結(jié)構(gòu)，大大提高機(jī)床剛性和穩(wěn)定性，大行程的Z軸滑枕采用鑄鋁結(jié)構(gòu)，提高Z軸加速性能，滿足五個動態(tài)軸的慣量匹配，系國內(nèi)首創(chuàng)，比肩國際先進(jìn)水平，擁有最大范圍的加工空間和人工接近性，滿足工件尺寸較大的加工需求，壓鑄鋁梁結(jié)構(gòu)能滿足橫梁高動態(tài)性能狀態(tài)下的穩(wěn)定性和剛性需求，有效減輕驅(qū)動負(fù)載。工作臺移動式三維五軸激光切割機(jī)，主要是針對汽車、模具行業(yè)新車型試制過程中多品種、小批量的零部件進(jìn)行激光切孔和修邊。懸臂式三維五軸激光切割機(jī)主要是對汽車熱成型件進(jìn)行激光加工，因?yàn)闊岢尚图?qiáng)度高達(dá)1000Mpa，傳統(tǒng)的模具修邊與沖孔難以進(jìn)行加工或者模具損耗程度很高。

2、無限旋轉(zhuǎn)三維激光加工頭的核心設(shè)計。所設(shè)計的三維頭包含C/A軸， C軸為旋轉(zhuǎn)軸，A軸為擺動軸。A軸擺動角度≤±135°，C軸N*360°無限旋轉(zhuǎn)，兩軸定位速度可達(dá)120r/min,定位精度達(dá)±0.015°，重復(fù)定位精度±0.005°，C/A軸加速度100rad/s2，W軸加速度4g，具有360°可靠無損的多級防撞保護(hù)系統(tǒng)。三維激光加工頭設(shè)計成多層冗余密封、多點(diǎn)接觸結(jié)構(gòu)，研發(fā)大扭矩復(fù)合中空力矩電機(jī)，解決了三維激光加工頭在通水、通氣、通電工況下實(shí)現(xiàn)無限旋轉(zhuǎn)，同時實(shí)現(xiàn)小尺寸輕量化，以保證高加速需求；可滿足6000W及以上高功率光纖激光的三維切割及焊接，激光頭自適應(yīng)變焦功能，在切割過程中根據(jù)板厚的變化自動調(diào)節(jié)焦點(diǎn)，達(dá)到最佳斷面切割效果。

3、機(jī)床主體各核心件基于模態(tài)、剛度匹配的設(shè)計。進(jìn)行大量的CAE技術(shù)分析設(shè)計，以機(jī)床床身為主體，通過對大型基礎(chǔ)支承件，橫梁、滑枕等動態(tài)部件動力學(xué)分析和實(shí)測，保證機(jī)床的高精度、高動態(tài)性能。

4、整機(jī)優(yōu)化設(shè)計。對設(shè)備的靜態(tài)、動態(tài)性能進(jìn)行測試及分析，對三維加工頭以及機(jī)床本體結(jié)構(gòu)的動、靜剛性、接觸剛度、抗振性、穩(wěn)定性、傳動結(jié)構(gòu)的幾何精度、傳動精度、定位精度、設(shè)備模態(tài)、設(shè)備動態(tài)性能進(jìn)行測試，數(shù)據(jù)收集，再進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)總結(jié)分析及整機(jī)優(yōu)化，達(dá)到最佳狀態(tài)。

5、應(yīng)用具有RTCP功能的多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)。五軸加工的刀具具有長度補(bǔ)償功能，無需編程即能實(shí)現(xiàn)；實(shí)現(xiàn)在開放式SOFT-CNC系統(tǒng)平臺上的實(shí)時微內(nèi)核；建立了專家知識和經(jīng)驗(yàn)工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，研究出基于激光切割理論方法和實(shí)際專家經(jīng)驗(yàn)的工藝參數(shù)推理，自動獲取切割工藝曲線趨勢分析，進(jìn)而可以生成更優(yōu)化的加工軌跡，及避讓激光3D切割頭與特殊輪廓的碰撞。

集成創(chuàng)新：

1、設(shè)備集成了國內(nèi)首次采用的高架龍門式雙驅(qū)機(jī)構(gòu)、同時覆蓋工作臺移動式及懸臂式機(jī)構(gòu)、其中龍門及懸臂采用壓鑄航空鋁橫梁結(jié)構(gòu)、設(shè)備最大加工范圍可達(dá)4000mm×2000mm×750mm，解決大尺寸三維件加工難題；優(yōu)于機(jī)器人結(jié)構(gòu)式與懸臂式，具有更大的加工范圍、更高的速度與更好的加工效果。

2、采用自主研發(fā)的N×360°無限旋轉(zhuǎn)的三維加工頭，提高加工效率，在滿足切割功能的同時，還可方便地更換成焊接頭、3D打印頭，實(shí)現(xiàn)功能復(fù)合化、模塊化。

3、大行程的Z軸滑枕，采用鑄鋁材料，減輕其負(fù)載，可提高Z軸加速性能，滿足五個動態(tài)軸的慣量匹配。

4、針對加工工藝難題，通過不斷改變工藝參數(shù)，以及在拐角的軌跡處實(shí)現(xiàn)速度和功率的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了三維覆蓋件誤差補(bǔ)償、鋁板無毛刺激光切割、拐角切割質(zhì)量控制。

5、機(jī)床機(jī)械裝配用準(zhǔn)直儀、千分表、大理石平臺、大理石方尺等工具檢測調(diào)整好機(jī)床各軸的原始裝配定位精度和幾何精度，最后用激光干涉儀檢測各軸定位精度和重復(fù)定位精度，對設(shè)備精度誤差進(jìn)行精密補(bǔ)償。

市場推廣應(yīng)用：

1、2012年推出首臺高架龍門三維五軸激光焊接系統(tǒng)。其加工速度快，效率高，柔性高，解決了多項難加工材料的切割及焊接、大型薄壁件高效加工、特種表面零件加工、大型回轉(zhuǎn)件四周焊接等難題，尤其針對鈦合金、鋁合金鋼等材料的激光加工領(lǐng)域，利用三維激光切割，從傳統(tǒng)的加工變成激光加工，在效率和精度方面得到了幾何級的提升。

2、在汽車及模具行業(yè)，設(shè)計了工作臺移動式及懸臂式三維機(jī)床，2016年開始成功投入使用，在針對汽車?yán)洹釠_壓件，模具零部件的加工取得了非常好的效果，打破了國外三維五軸聯(lián)動加工設(shè)備長期壟斷國內(nèi)汽車及模具行業(yè)的局面。

3、高鐵行業(yè)的高壓柜焊接領(lǐng)域，2015年開始在我國各大核心高壓充氣柜生產(chǎn)廠推廣，并總結(jié)出一整套高壓氣柜激光焊接的工藝方法。打破了國際激光公司在高壓氣柜焊接領(lǐng)域的壟斷，焊接效率及焊接質(zhì)量直接對標(biāo)國外頂尖水準(zhǔn)。采用先進(jìn)的焊接工藝及裝備，成功克服了不銹鋼激光焊接中的飛濺、高反、塌陷等缺陷，使產(chǎn)品的氣密性能及焊接質(zhì)量得到了充分保證，同時大大提高了客戶的生產(chǎn)效率，其工藝水平達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，助力高鐵成為“中國名片”！