国产五轴联动激光加工系统样机研制成功

    激光加工技术是先进制造技术的重要组成部分，在加工技术的进步、传统产业的改造、国防现代化等方面发挥着重要作用。在国外，激光加工技术被誉为“万能的加工工具”、“未来制造系统的共同加工手段”。在激光加工中经常需要针对复杂曲面进行切割、打孔、冲击强化等加工，而要在复杂空间曲面上高精度地实现这些加工工艺则必需五轴联动系统的帮助才可完成。目前，高精度的五轴激光加工系统国外对我国实行了严格的出口限制，防止用于国防项目。这里的难点在于实现五轴的联动以及机械运动系统与激光触发的同步控制。
    宁波材料所所属二级所先进制造所的激光与智能能量场制造工程团队自主研发了开放式五轴联动数控系统，并在此基础上完成了五轴联动激光加工系统样机的研发工作，该系统重复定位精度达到了0.002mm，整体精度为0.03mm，运动范围为：X轴：0-300mm，Y轴：0-300mm，Z轴：0-250mm，A轴：-180°- +180°，B轴：-360°- +360°，整机功率最大1.2kW，平动轴的运动速度最大为0.5m/s，转动轴速度最大为12rad/s。该项研发是以普通PC为基础，利用Linux操作系统的开放性，结合RTAI实时扩展，开发了高精度的五轴联动数控系统；此外，系统采用了实时总线结构，将EtherCAT实时网络通讯协议引入，替代了国内传统开放式数控系统以运动控制卡做插补和运动规划的控制方案，提高了系统的可扩展性和稳定性。
    五轴联动激光加工系统样机
    此外，团队将高功率皮秒激光引入扫描振镜，实现0-12米每秒的激光加工速度。大于5米每秒的扫描速度是高频率激光加工所必须的，但扫描振境的工作范围有限，与大范围工作台结合后，实现了大范围的精密五轴联动与高速精密激光加工的结合。该技术平台的建成，为团队承担复杂难加工材料的加工任务奠定了基础。
    团队还利用自主研发的设备结合CAM软件UG的加工路径规划功能，实现了复杂形状尤其是不规则曲面的加工，未来将用于航空发动机用特种材料的加工。相关工作在今年美国ASME/MSEC2013年会上报道；利用该平台的特种加工进展在今年的中国机械工程学会特种加工年会报道。
    目前，团队将光学精密定位，自动化五轴位移控制，两轴高速激光扫描合为一体，成功应用于金刚石，金属，复合材料的加工。团队下一步将以此平台为基础，开发高精密、大行程智能化高速激光加系统， 快速缩短国产系统与国际先进水平的差距。