图1  LASERTEC80PD

激光具有很多优异的光学特性，如高方向性、高亮度、高单色性以及高相干性等，在机械加工领域，激光已经可以完成如激光雕刻、切削、焊接、打孔、激光热处理（淬火）和激光测量等加工，已经占据了不可替代的地位。

激光加工 优势彰显

相比用传统加工手段，激光加工的效率明显提高，如对航空发动机叶片和燃烧室成千上万个形状各异的孔的3D加工，比传统EDM加工效率至少提高5～8倍；其次，激光加工成本很低，EDM加工需要电极的大量消耗，花费很多使用成本，而激光加工是非接触加工，无任何刀具、电极等费用；第三点，激光加工质量稳定性高、一致性好，EDM在加工时会有电极损耗，需要经常更换电极，由此会造成因更换电极造成的质量稳定性低，而激光加工是非接触式加工，激光稳定性高，从而全面保证加工质量；激光加工材料范围很广，激光除了可以加工航空高温合金、钛合金等金属材料外，也可以加工陶瓷、碳纤维，甚至玻璃等新型航空材料，弥补了传统工艺的不足；最后一点，激光可以用于加工微孔或微槽，某些零件的形状既小又复杂，即便是用最小的刀具也无法进行理想的加工，或者根本没有这么小的刀具，而采用激光加工，光斑直径可小至20μm，加工该尺寸的切缝或微孔。

尤其是对于技术发展迅猛的航空航天领域，激光加工发挥着极其重要的作用，并有望在未来替代很多现有的传统技术手段。在航空航天金属加工领域，主要采用激光进行加工的部分有：航空航天发动机的动叶片、静叶片表面冷却孔的加工；航空航天发动机的燃烧室、燃烧环、隔热屏等部件的异形孔的加工；航空航天电控部件的精密激光切割，对于厚度0.1mm的不锈钢薄板，可以加工20μm的切缝；航空航天密封环的表面激光铣削。

当今，许多技术领域中日益体现的微量加工技术以及组合加工趋势，为激光切削和激光钻孔加工提供了更广阔的空间。激光加工技术在DMG的历史由来已久，目前DMG的激光加工机床已扩展到了4个系列12种规格，加工能力也由最初的单纯成形加工——激光铣削加工，扩展到了今天的包括激光铣削雕刻、激光打孔、激光焊接和激光切割等多功能激光加工中心。其LASERTEC系列以独特的三大工艺——3D激光加工、激光精密切削和精密钻孔，为不同材料开辟了新的加工方法。如在航空航天工具和模具制造领域，通过激光铣削的运用，人们能够在技术元件上制造出精细且高质量的空腔和蚀刻，可以加工深度1～2μm的微槽和3D型面，可以加工表面质量达Ra=0.3μm的精细型腔。同样在该领域，激光精密切割工艺能够实现对薄型板材、管材以及3D工件的高动态激光精密切割，并达到最佳的切削质量(切缝小于20μm)。无论要求如何，精密的加工、智能化的软件，再加上创新的外围设备，都能在获得最高的加工质量和最好的经济效益的同时，更享受最大的加工灵活性。

图2  航空发动机大型燃烧室

激光强力打孔的突破性

发动机叶片、燃烧室的冷却孔加工一直以来都是一个加工难点，其冷却孔数量多、孔径小，并且全都分布在叶片或燃烧室的3D曲面轮廓上，非常难于装卡和加工。目前使用的喷射发动机的气体温度可达2000℃左右，这个温度已经超过了发动机涡轮叶片和燃烧室材料的熔点，所以为了使发动机能长时间稳定的工作，这些部件必须得到足够的冷却，目前广泛使用的是边界层冷却法。

边界层冷却法是在叶片燃烧室表面打上数以千计的小孔来保证这些部件的表面被一层薄薄的冷却空气覆盖，冷却气体覆盖整个零件表面来隔绝外界温度，从而达到保护的作用，提高叶片燃烧室的使用寿命和发动家的技术性能。传统上这种冷却孔可以用EDM加工，但是激光加工有着无可比拟的优势，所以激光在此行业的应用日益广泛，发展迅猛。目前航空航天领域加工冷却孔主要是采用脉冲Nd：YAG激光器。

激光打孔主要有两种打孔方式：脉冲打孔和环切孔。脉冲打孔是航空航天行业中很重要的加工技术，大大缩短了零部件的打孔时间，效率很高。尤其是对于对称部件（如燃烧室）的加工，可采用“飞行打孔”的方式，进一步缩短加工时间、提高效率。

针对冷却孔的加工，DMG公司主要提供LASERTEC 50/80/130 PowerDrill系列激光加工中心，用于不同规格尺寸的工件的加工，最大加工工件直径可达1300mm。以LASERTEC80PD为例，该机床加工精度高，定位精度高(Pmax.<10μm)，除了可进行基本的X/Y/Z 三轴加工外，还可配置第4轴或第5轴，极大增强了机床的加工柔性，实现了最高的动态性能（图1）。

LASERTEC130PD是一种专门针对航空航天发动机以及大型汽轮机行业开发的高精度产品，如图2所示，适用于航空发动机大型燃烧室部件的切割打孔，可加工直径达1300mm的燃烧室部件，以及涡轮叶片冷却孔的加工，也可进行激光焊接。借助不同功率的激光器，LASERTEC130PD孔加工最小直径可达0.01mm，最大零件厚度可至20mm；作为切割型，最大可加工零件厚度为10mm，最小切缝宽度为0.02mm。

为了有效地提高加工效率，LASERTEC130PD的X轴驱动采用了先进的直线电机驱动技术，使其快移速度高达100m/min，加速度达0.5g，Y、Z轴快移速度高达60m/min，最大限度缩短了加工节拍。这种直接驱动技术也应用到了第4轴、第5轴的回转轴驱动上，实现5轴激光切割和焊接和打孔。该机型的加工空间较为宽敞，多种叶片和燃烧室专用软件包帮助快速便捷的设定钻孔和切割程序；带转向轴和扭转电机的新型激光头；切割头和测量探头快速切换；机床的高动态性能以及高切削速度，使得高效飞行打孔成为可能。

激光与铣削技术完美融合

LASERTEC40是以15～100W的激光对零件表面进行细致入微的2D到3D铣削和雕琢，用于加工2D或3D曲面或型腔。激光束的直径为0.04mm或0.1mm，Q开关装置以脉冲方式将激光光束峰值功率输出控制在10～20kW，这意味着激光在超高功率强度下将材料气化。根据所需表面加工质量的不同，激光束对材料每次去除的厚度在1～5μm，逐层加工，同时借助于机床附带的深度控制功能，可精确控制零件的加工深度。