功率已近天花板，还能通过什么方式来提高 激光设备加工效率呢？

发布时间：2023-07-07

一般我们想提升加工效率最直接方式提升激光功率，但在6万瓦激光切割机发布后，已经全面取代等离子、火焰切割的能力，功率再高对切割效率和切割精度作用不再那么明显，反而增加用户的成本、能耗。但工业领域对效率的追求是无止境的，如果功率已经触及天花板，还能通过什么方式来提高加工效率呢？

   实现加速度翻倍-引入碳纤维横梁    

众所周知，横梁是龙门式机床的重要部件之一，横梁本身的静态和动态特性决定了龙门式机床的整机性能，对于机床的加工效率、精度和稳定性都有重要影响。目前机床的横梁采用金属制造，主要是钢铁和铝合金铸造。

钢铸横梁具备稳定性好，精度高的优点，但由于本身重量过高，通常应用于对速度要求不高的机床。要实现高速和高加速度，需要电机匹配很大的功率和扭矩。当动态特性匹配超过极限时，无法进一步提高。为了给横梁减重，人们开始采用铝合金横梁，但铝梁重量仍然偏大，对速度和加速度提升有限，且铝合金材料模量低、偏软、容易变形、热胀系数大，精度易受温度变化影响。因此，铝合金横梁往往3－6个月就需重新调校。

      碳纤维横梁具有轻质高强、良好的抗腐蚀性、高耐久性和设计自由度等特点，适用于需要轻量化、高强度和耐久性的结构支撑和承重部件。

而碳纤维横梁的重量是钢制的1／4～ 1／5，是铝合金制的1／2～1／3，这种轻重量材料让进一步提升机床运动速度和加速度成为可能。据刘总透露，在引入碳纤维横梁后，飞越激光研发团队经过大量努力，已将过去精密切割机床普遍为0．8g－1g的加速度提升到2g，在加速度翻倍的同时精度也从过去的丝级提升到μ级。

   采用碳纤维横梁能否降低成本？ 

基于重量轻的优势，碳纤维横梁运动惯量小，对齿条、电机的要求大幅降低，同时也让床身实现了减重。而在保持加速度性能不变的情况下，碳纤维横梁能够有效降低床身、齿条、电机方面的成本，用普通的电机也能达到1g的加速度，且精度能够大幅提升。

采用钢梁、铝梁，提升加速度往往会降低精度，而更高速度和加速度是工业领域永恒的追求。如果而提升精度则往往会牺牲加速度，二者难以两全。如果要同步提升精度和加速度，则需要额外付出巨大的成本采购性能更加强大的电机、齿条等，甚至这些增加的成本还会高于设备给用户创造的价值，用户不会为之买单。

      对用户而言，碳纤维横梁同样当机床加速度从1g提升到2g时，意味着用户只需要花比过去买一台设备多一点点的钱，就能实现过去买2台设备的效果，大大提高了整机的价值，也能起到非常明显的降本效果。

热加工致使大量切削加工会在金属内部形成残余应力，随着时间的推移，残余应力逐渐释放，就会造成横梁弯曲变形，影响设备精度。即使反复热处理，仍然不能杜绝。而铝合金横梁恰恰偏软、易变形，这些都将给企业带来巨大的售后成本，也会造成用户停产等待维修。

   大功率激光切割机是否适用？ 

尽管万瓦激光切割对精度的要求不如精密设备高，但其对速度、加速度（尤其是在功率已经到顶的情况下）格外重视。

此外，碳纤维横梁抗事故损坏的特性，龙门式横梁多采取双侧电机数控同步驱动，当遭遇控制系统故障或外部撞车等因素时，可能会出现双侧驱动电机失同步，造成卡死，严重时造成横梁扭动变形。由于金属材料属于塑性形变，一旦发生大的变形将是永久变形，无法回到原状态，机床将就此停摆，直到更换新横梁。

而碳纤维没有塑性变形，因此在材料承受很大外力发生较大的变形后，只要不造成材料内部损坏，外力解除后，碳纤维复合材料可以回弹到原状态而不发生永久变形。这个特性远优于金属材料，因此碳纤维复合材料也被应用于弹性元件（如振动台弹簧板），其弹力持久稳定不发生衰减。使用在高速运动的机床上，即使发生撞车、两侧驱动不平衡卡死等严重的事故，使横梁发生变形，事故解除后，可以回到原状态，精度可以保持。