開發(fā)高精度三維激光切割機，對提高我國航天航空技術裝備水平具有重要的戰(zhàn)略意義。國防軍事裝備對高性能激光切割機的需求更為迫切，如三維立體激光切割機在直升飛機螺旋槳曲面加工中的應用，可以大大縮短產(chǎn)品試制時間，提高部件性能。
在世界市場上，激光切割機正在向高功率、大幅面、厚板材方向發(fā)展。切割焊接是造船行業(yè)最基礎的加工工藝，目前我國船用鋼板切割一般采用火焰切割、等離子切割，由于精度有限，特別是對特殊材料的甲板和船體材料，許多國外大型造船廠普遍采用大幅面厚板材激光切割機，國內(nèi)造船企業(yè)已經(jīng)開始進行設備選購，特別是特種用途的船艇，采用激光切割已經(jīng)成為一種必須的加工手段。預計在未來5-10年，這一應用行業(yè)的生產(chǎn)需求極大。隨著“精密造船”時代的來臨，高功率CO2激光切割技術及裝備在先進國家造船業(yè)得到了越來越廣泛的普及應用。
大幅面厚板材激光切割機在其他重要行業(yè)也有迫切的需求，如航空航天發(fā)動機轉(zhuǎn)子轂的切割、鋼鐵冶金行業(yè)熱軋鋼坯的激光切割、坦克、裝甲車厚裝甲精密切割、發(fā)電設備中發(fā)電機組轉(zhuǎn)子的精密切割等。
隨著我國鐵路建設、公路建設、水利建設、水電建設、能源、礦山建設、建筑業(yè)等重大工程的推進，到2015年，我國工程機械市場需求量將達到2000億元以上，大幅面厚鋼板激光切割機將在我國工程機械行業(yè)得到普遍應用。2007年，國內(nèi)某著名重工機械企業(yè)對27臺3m×30m大幅面20mm厚鋼板激光切割機進行招標，由于國內(nèi)激光企業(yè)無廠家符合技術要求，所有訂單都被國外廠家獲得。另一重工企業(yè)需求6臺3m×30m大幅面20mm厚鋼板激光切割機。也全部由國外廠家中標，僅此兩家合同金額就高達2億元。
全球激光制造技術發(fā)展飛速，我國與國際激光技術水平的差距有所增大，高端的激光加工成套裝備幾乎全部依賴進口，致使國外激光制造裝備在我國市場的占有率高達70％。預計未來10年內(nèi)，我國對這些高性能激光切割系統(tǒng)的市場需求量將達到100億元。如此迫切和巨大的市場需求反應出激光加工的手段已經(jīng)覆蓋到國民經(jīng)濟各個重要領域，同時也影響著國防、航空航天等關鍵技術的突破，我們不僅僅是解決目前國內(nèi)該產(chǎn)品的空白，同時也旨在解決激光加工領域多層面技術核心問題，如激光數(shù)控、激光機床新型結(jié)構、高質(zhì)量激光加工的技術瓶頸等。
3 技術現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及需突破的共性關鍵技術
3.1 國外數(shù)控激光切割技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
目前，國際上有代表性的激光切割設備制造商有：德國通快TRUMPF公司，瑞士百超BYSTRONIC，意大利PRIMA，美國WHITNEY公司和日本TANAKA公司等，他們的代表性技術如表1。這些國際知名公司已陸續(xù)開發(fā)出了大功率、大幅面、高速、飛行光路，三維立體、數(shù)控自動的激光切割機，并且每年都在推出新的機型。如百超2002年推出加速度2g，2007年推出3g的高速機床，技術發(fā)展之迅速可見一斑。
隨著激光切割的逐步普及，市場要求進一步提高切割效率(高速切割)、降低待機時間(自動上下料系統(tǒng))、擴大應用面(向三維立體切割、厚板、高反射材料發(fā)展)、降低運行成本(降低電耗)等。國外激光切割技術發(fā)展趨勢有：
表l 國際代表性激光切割設備制造商主要技術
3.1.1 高速度
在設備的運行速度上，目前多家企業(yè)競相開發(fā)高速高精度切割機，用以取代機械沖床，例如瑞士百超激光有限公司推出的BYSPEED機型，切割速度可達40m／min，加速度為3g，可切割20 mm的不銹鋼，12mm的鋁合金和6mm的紫銅等，其電耗僅60kW，機器有效利用率可達95％，在薄板加工效率上與沖床相當。
普瑞瑪工業(yè)公司最新推出的SYNCRONO機床則采用了一種與眾不同的全新設計理念，首次在激光切割設計中引入了并聯(lián)機床的概念，并將兩臺機床合二為一：一臺具有極高動態(tài)性能和極輕重量的小型切割機床(切割頭)和一臺負責在大加工范圍內(nèi)移動的大型傳統(tǒng)機床，兩者之間通過數(shù)控實現(xiàn)完美的同步運動和最佳的加工效率優(yōu)化。由于切割頭部分的重量極輕，故能實現(xiàn)非常高的動態(tài)性能，同時機床還采取了特殊的動態(tài)平衡設計和專門優(yōu)化的驅(qū)動控制算法，使其在高速運動的同時軌跡光滑且完全避免了振動。這種設計的結(jié)果使SYNCRONO機床達到了一種超乎想象的加T效率，其切割時的加速度可達6g，一分鐘內(nèi)可以切割1000個孔，幾乎比目前市場上最快的切割機還要快一倍。同時其運行成本遠遠低于對手，實際上，SYNCRONO正在開創(chuàng)一個激光切割新時代。
3.1.2 多自由度
激光切割機廣泛地應用到復雜曲面，工件的加工，如激光切割機器人、專門用于管材切割的2.5D激光切割機、3D光纖傳輸激光切割機等。
以前的三維激光切割<
