目前，生產三維五軸激光切割機主要廠家有德國、意大利、日本等國外制造企業，國內只有較少的公司。國外企業由于生產較早，產品成熟，性能穩定，市場客戶認可度極高。日本兩家公司只生產低速度、低加速度的三維五軸CO2激光切割機，其生產效率較低，能耗較高，無法滿足汽車熱成形生產線生產效率的要求。經過我們研究攻破關鍵技術，掌握核心技術，既生產低速度、高精度的三維五軸光纖激光切割機，又生產高速度、高精度的三維五軸光纖激光切割機，技術緊跟國外一流標準，成為目前市場上三維五軸光纖激光切割性價比很高的產品，解決了三維五軸光纖激光切割機關鍵核心技術：

1．機床結構優化設計及動態設計

對整機結構進行CAE有限元分析，結合動、靜態剛度，靜態強度，熱特性進行分析，得到整機最佳的剛度場與溫度場，經過反復測試及驗證，進行設計改進，分析理論值與實際測試值數據的差異化的因素，當理論值與實際測試值數據基本吻合，最終獲得整機既經濟又輕量的結構設計。機床結構優化設計及動態設計方框圖與機床結構圖如圖2所示。

 機床結構優化設計及動態設計方框圖與機床結構圖

2．提高動態性能和穩定性

對高速度、大慣量、大尺寸的部件進行CAE有限元模態分析，對結合面阻尼、局部剛度、質量分布進行分析，采取隔振、減振、抑振措施，對結構進行設計改進及優化，經過反復測試驗證，獲取動態性能和穩定性良好的移動部件，確保產品的動態性能與穩定性。提高動態性能和穩定性方框圖與模態分析圖分別如圖3 、圖4所示。

 提高動態性和穩定性方框圖與模態分析圖

 模態分析數據圖

3．提高高速度、高精度定位

對電機及伺服進給驅動系統進行測試及有限元分析，結合定位精度、響應速度、熱特性、電機剛性進行分析及優化，并跟蹤特性分析，對數控系統多軸聯動進行誤差補償，獲得高速度，高精度定位。伺服驅動系統分析方框圖如圖5所示。

伺服驅動系統分析方框圖

4．解決無限旋轉三維切割頭核心技術

精密的光學計算，制定系統幾何的空間算法，研制360°無線旋轉三維切割頭，自主創新，擁有核心技術，是繼國外三家企業后，第四家能夠生產360°無線旋轉三維切割頭的廠家，打破了國外技術壟斷。360°無線旋轉三維五軸切割頭如圖6所示。

  360°無線旋轉三維五軸切割頭

對三維五軸切割頭產品，解決如下關鍵及核心技術：

（1）三維五軸無限旋轉切割頭水、氣、光通路的密封

三維五軸切割頭加工時運動軌跡較為復雜，通過C軸（無限旋轉）機械傳動部分傳輸的管道有光路、水路、氣路、電信號通路。由于C軸為無限旋轉結構，上述通道無法采用管道式的結構，需設計特定的旋轉式通道結構傳輸。隨之而來的問題就是要解決運動通道水、氣、光的動密封性。

為突破此重大障礙，在多種備選設計方案中選擇水、氣、光、電各通道獨立傳輸的旋轉機械結構；針對C軸各旋轉傳輸通路對密封元件技術要求，開發以新型材料為基礎設計的旋轉通道密封元件，元件設計充分地考慮了耐磨性、密封性和元件與管道動摩擦力等綜合因素的平衡；結合理論與經驗的指導適當調整密封元件與被密封通路的公差配合，成功地實現集成多個密封傳輸通道的高速無限旋轉C軸部件。經過大量實驗驗證自主研發的高速旋轉密封元件性能已達到國外同類產品水平。

（2）三維切割頭高速旋轉下電信號抗干擾屏蔽技術

采用傳統的線纜在旋轉軸中傳輸電信號會因軸的旋轉將線纜纏繞甚至拉扯斷裂，多路電信號同時在間距較小的空間內傳輸也會有信號互相串擾的風險。為了避免此類問題并保證多路電信號的抗電磁干擾傳輸，根據多路電信號通路的技術規格，首創的獨特電滑環結構設計，突破多路電信號在高速旋轉軸上的抗干擾傳輸。

5．在線修改軟件技術

自行開發的在線修改程序軟件，修改程序尺寸更加方便、快捷，換件速度快，提高了生產效率，節約了生產成本。在線修改軟件如圖7所示。

  在線修改軟件

6．基于具備RTCP功能數控三維五軸光纖切割系統集成應用技術研究

（1）研究三維五軸光纖激光切割裝備硬件集成系統結構，分析具備RTCP功能數控系統的軟硬件接口，設計三維五軸光纖激光切割中各加工部件的系統集成控制方案。

（2）研究RTCP功能數據。三維五軸光纖激光切割系統由三大功能塊組成，分別是加工控制模塊、離線編程模塊以及激光切割工藝數據庫。結合加工裝備的硬件集成，面向三維五軸光纖激光切割工藝的軟件二次開發，給予PC工控平臺設計數控系統控制類函數，開發三維五軸光纖激光切割控制應用程序接口，實現三維五軸光纖激光切割機床運動控制以及工藝調節等功能。

（3）基于三維空間映射對三維五軸激光加工機床進行運動學分析，同時設計切割頭運動仿真。

（4）開發基于HMI的PC平臺的數據庫，并結合功能需求利用SQL進行數據庫的具體功能設計，實現數據庫的修改、添加、查詢、瀏覽以及刪除等功能。

7．三維復雜曲面激光切割工藝的研究

（1）分析外光路模式，對光路進行整形補償，確保最佳切割光束模式，開發三維五軸激光切割專用工藝控制軟件。

（2）研發快速穿孔、切割狀態控制反饋技術，同時開發碳鋼厚板尖角切割、厚板極限切割小孔、高功率光纖氮氣切割中薄板碳鋼工藝方法、復雜圖形及圖片處理與應用等工藝方法，攻克復雜圖形及小輪廓加工的工藝技術難題。

（3）研究激光切割控制方法、激光切割速度控制方法、轉角的激光切割方法。對三維覆蓋件誤差補償、三維覆蓋件拐角切割質量控制和平板上尖角切割質量的控制方法進行研究。

（4）開發基于CC編譯循環的Z軸仿形控制技術，圖形預覽及軌跡同步顯示技術，基于圖形預覽的靈活介入和靈活補切技術，基于快速響應激光脈沖方波PWM發生器的激光脈沖頻率與占空比、激光功率實時坡度調節技術。

解決三維件拐角過燒，厚板尖角過熔和極限小孔切割，薄板的快速穿孔等工藝難題，建立完善的激光切割工藝專家數據庫，實現大輪廓、小輪廓、拐角、標準圖形等激光切割工藝參數的自動調用。