過去，提升激光功率被視為提升加工效率最直接最有效的方式，但在6萬瓦激光切割機(jī)發(fā)布后，業(yè)內(nèi)發(fā)起了功率是否到頂?shù)挠懻?。奔騰激光總裁吳讓大認(rèn)為：6萬瓦已經(jīng)具備全面取代等離子、火焰切割的能力，再高的功率對(duì)切割效率和切割能力貢獻(xiàn)已經(jīng)不那么明顯，反而會(huì)進(jìn)一步增加用戶的成本，也會(huì)進(jìn)一步增加能耗。但工業(yè)領(lǐng)域?qū)π实淖非笫菬o止境的，如果功率已經(jīng)觸及天花板，還能通過什么方式來提高加工效率呢？

引入碳纖維橫梁實(shí)現(xiàn)加速度翻倍

這一問題并未困擾筆者太長(zhǎng)時(shí)間。不久前，筆者走訪了飛越激光，并通過飛越激光對(duì)床身的改進(jìn)得到了一些啟示。

飛越激光是一家專業(yè)從事高精密激光技術(shù)應(yīng)用開發(fā)的高新科技企業(yè)，在高精密激光切割、焊接、打標(biāo)等激光應(yīng)用領(lǐng)域多有建樹。飛越激光總經(jīng)理劉總介紹，他們從去年開始引入了碳纖維橫梁，這種橫梁從表面上看具備強(qiáng)度高、不變形、重量輕的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中還能起到非常明顯的提速降本效果。

眾所周知，橫梁是龍門式機(jī)床的關(guān)鍵部件之一，橫梁本身的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性決定了龍門式機(jī)床的整機(jī)性能，對(duì)于機(jī)床的加工效率、精度和穩(wěn)定性都有重要影響。目前機(jī)床的橫梁采用金屬制造，主要是鋼鐵和鋁合金鑄造。

鋼鑄橫梁具備穩(wěn)定性好，精度高的優(yōu)點(diǎn)，但由于本身重量過高，通常應(yīng)用于對(duì)速度要求不高的機(jī)床。要實(shí)現(xiàn)高速和高加速度，需要電機(jī)匹配很大的功率和扭矩。當(dāng)動(dòng)態(tài)特性匹配超過極限時(shí)，無法進(jìn)一步提高。為了給橫梁減重，人們開始采用鋁合金橫梁，但鋁梁重量仍然偏大，對(duì)速度和加速度提升有限，且鋁合金材料模量低、偏軟、容易變形、熱脹系數(shù)大，精度易受溫度變化影響。因此，鋁合金橫梁往往3－6個(gè)月就需重新調(diào)校。

除了速度提升外，劉總還提到碳纖維橫梁給飛越激光帶來的降本優(yōu)勢(shì)?；谥亓枯p的優(yōu)勢(shì)，碳纖維橫梁運(yùn)動(dòng)慣量小，對(duì)齒條、電機(jī)的要求大幅降低，同時(shí)也讓床身實(shí)現(xiàn)了減重。前面提到，鋼梁、鋁梁要實(shí)現(xiàn)高速和高加速度，需要電機(jī)匹配很大的功率和扭矩。而在保持加速度性能不變的情況下，碳纖維橫梁能夠有效降低床身、齒條、電機(jī)方面的成本，用普通的電機(jī)也能達(dá)到1g的加速度，且精度能夠大幅提升。

此外，更高速度和加速度是工業(yè)領(lǐng)域永恒的追求。如果采用鋼梁、鋁梁，提升加速度往往會(huì)犧牲精度，而提升精度則往往會(huì)犧牲加速度，二者難以兩全。如果要同步提升精度和加速度，則需要額外付出巨大的成本采購性能更加強(qiáng)大的電機(jī)、齒條等，甚至這些增加的成本還會(huì)高于設(shè)備給用戶創(chuàng)造的價(jià)值，用戶不會(huì)為之買單。劉總表示，小微民營企業(yè)無法去做成功率低且用戶未必認(rèn)可的投入，這對(duì)企業(yè)而言風(fēng)險(xiǎn)過高，但碳纖維橫梁讓提高加速度的成功概率大幅提升，且實(shí)現(xiàn)的成本也比之鋼梁、鋁梁大幅降低，因此飛越激光已經(jīng)全面采用碳纖維橫梁，徹底放棄了金屬橫梁。

對(duì)終端用戶而言，碳纖維橫梁同樣也能起到非常明顯的降本效果。當(dāng)機(jī)床加速度從1g提升到2g時(shí)，意味著用戶只需要花比過去買一臺(tái)設(shè)備多一點(diǎn)點(diǎn)的錢，就能實(shí)現(xiàn)過去買2臺(tái)設(shè)備的效果，大大提高了整機(jī)的價(jià)值。同時(shí)，更輕的橫梁也意味著承受主要運(yùn)動(dòng)載荷的導(dǎo)軌和齒條磨損會(huì)更輕，能夠大幅度提高導(dǎo)軌和齒條的使用壽命，延長(zhǎng)設(shè)備使用年限。

值得一提的是，由于金屬橫梁的成型過程是熱加工，大量切削加工會(huì)在金屬內(nèi)部形成殘余應(yīng)力，隨著時(shí)間的推移，殘余應(yīng)力逐漸釋放，就會(huì)造成橫梁彎曲變形，影響設(shè)備精度。即使反復(fù)時(shí)效熱處理，仍然不能杜絕。而鋁合金橫梁偏軟、易變形，需要售后人員頻繁調(diào)校才能保證設(shè)備精度。且較重的橫梁在長(zhǎng)期工作中容易導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱（甚至燒毀），這些都將給企業(yè)帶來巨大的售后成本，也會(huì)造成用戶停產(chǎn)等待維修。

而碳纖維主要成分是碳，屬于無機(jī)脆性材料，沒有塑性變形，斷裂伸長(zhǎng)率僅約2％。碳纖維復(fù)合材料一旦成型，在長(zhǎng)期使用中不存在蠕變，沒有疲勞，能夠長(zhǎng)時(shí)間保持高精度，無須售后人員反復(fù)調(diào)校。且碳纖維橫梁重量更輕，對(duì)電機(jī)的損耗更小，幾乎不會(huì)發(fā)生電機(jī)發(fā)熱的情況。因此，碳纖維橫梁既能幫助企業(yè)節(jié)省售后成本，也能幫助用戶避免頻繁停機(jī)停產(chǎn)。

大功率激光切割機(jī)是否適用？

由于飛越激光主要生產(chǎn)精密激光設(shè)備，與文章開頭的高功率激光切割機(jī)需求并不完全一致。為了給最初的疑問找到更貼合的答案，筆者在劉總的引薦下，聯(lián)系了目前國內(nèi)唯一一家碳纖維橫梁的生產(chǎn)商——北京海森德克復(fù)合材料科技有限公司。

海森德克總經(jīng)理李總介紹，目前公司已經(jīng)給國內(nèi)某家主打萬瓦級(jí)以上的超高功率激光切割機(jī)廠家做了配套，并拿到了批量訂單。盡管萬瓦激光切割對(duì)精度的要求不如精密設(shè)備高，但其對(duì)速度、加速度（尤其是在功率已經(jīng)到頂?shù)那闆r下）格外重視。

目前鋼制橫梁太重，驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率扭矩不足，提升加速度容易造成振顫等現(xiàn)象，限制了性能的提升。而鋁制橫梁重量雖然減輕，但是材質(zhì)軟，剛性不足，加速時(shí)顫動(dòng)等，也限制了性能的提升。碳纖維橫梁重量輕，剛度優(yōu)于鋁合金接近鋼，且材料本身對(duì)振動(dòng)傳播的阻尼較金屬材料大的多，有利于降低運(yùn)動(dòng)中的振動(dòng)。因此，碳纖維橫梁能夠顯著提高大功率切割機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能。

而碳纖維沒有塑性變形，因此在材料承受很大外力發(fā)生較大的變形后，只要不造成材料內(nèi)部損壞，外力解除后，碳纖維復(fù)合材料可以回彈到原狀態(tài)而不發(fā)生永久變形。這個(gè)特性遠(yuǎn)優(yōu)于金屬材料，因此碳纖維復(fù)合材料也被應(yīng)用于彈性元件（如振動(dòng)臺(tái)彈簧板），其彈力持久穩(wěn)定不發(fā)生衰減。使用在高速運(yùn)動(dòng)的機(jī)床上，即使發(fā)生撞車、兩側(cè)驅(qū)動(dòng)不平衡卡死等嚴(yán)重的事故，使橫梁發(fā)生變形，事故解除后，可以回到原狀態(tài)，精度可以保持。

本月27－29日海森德克將參加深圳國際會(huì)展中心（寶安新館）舉辦的激光博覽會(huì)，屆時(shí)將在9號(hào)館C112展位與業(yè)內(nèi)同仁進(jìn)行深入交流。

生成海報(bào)

免責(zé)聲明：本網(wǎng)站內(nèi)容主要來自原創(chuàng)、合作伙伴供稿和第三方自媒體作者投稿，凡在本網(wǎng)站出現(xiàn)的信息，均僅供參考。本網(wǎng)站將盡力確保所提供信息的準(zhǔn)確性及可靠性，但不保證有關(guān)資料的準(zhǔn)確性及可靠性，讀者在使用前請(qǐng)進(jìn)一步核實(shí)，并對(duì)任何自主決定的行為負(fù)責(zé)。本網(wǎng)站對(duì)有關(guān)資料所引致的錯(cuò)誤、不確或遺漏，概不負(fù)任何法律責(zé)任。任何單位或個(gè)人認(rèn)為本網(wǎng)站中的網(wǎng)頁或鏈接內(nèi)容可能涉嫌侵犯其知識(shí)產(chǎn)權(quán)或存在不實(shí)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)及時(shí)向本網(wǎng)站提出書面權(quán)利通知或不實(shí)情況說明，并提供身份證明、權(quán)屬證明及詳細(xì)侵權(quán)或不實(shí)情況證明。本網(wǎng)站在收到上述法律文件后，將會(huì)依法盡快聯(lián)系相關(guān)文章源頭核實(shí)，溝通刪除相關(guān)內(nèi)容或斷開相關(guān)鏈接。