近来，在一些机床上总能看到闪光。究其原因，并不是什么短路现象，而是集成在机床上的激光加工系统。在这种复合机床上，工件通过一次装卡后可实现多个不同的加工步骤。这不仅提高了精度，还缩短了加工时间。

客户希望有量身定制的汽车、可自由组合的冰箱和个性化的电脑外壳。因此，批量生产的数量在日益下降。现在，客户所需要的不再是某一种专用机床，而是复合型的生产系统，这其中就包括激光技术与传统机床的组合。

图1 通过在焊接机床上使用光纤激光加工将同步轮焊接到齿轮上，可以使操作成本降低50%。

位于Ditzingen的Trumpf有限公司就是生产这类特殊复合机床的代表性企业之一。早在1979年，该公司就在市场上推出了第一台激光冲裁复合机床。从那时起，这家位于Swabian的公司就在持续不断地开发这种复合技术。“激光是一种非常灵活的工具，在激光切割方面尤其明显。”Trumpf公司机床领域的执行合伙人兼主席Mathias Kammüller博士强调说，“与冲机不同，激光加工机床可以切割出任何您所想要的工件轮廓。激光的价值还不仅限于此，在整个加工过程中，Trumpf 公司都拥有能够发挥激光技术优势的解决方案。”

图2 激光冲裁复合机床工艺安全性大幅提高的原因之一：其智能打孔监测功能可以检查每个孔是否打得完美。

工艺的安全和生产力的提高

据 Trumpf公司介绍，新型激光冲裁复合机床拥有工艺过程安全性高、工件质量高以及停机时间最短的特点。Trumatic 6000型建立了新的行业标准，因为它有许多创新的功能。例如，工艺过程的安全性由于新增的智能打孔监测功能而得到了提高，该功能可以测试一个孔是否已经冲压完成，从而在早期阶段判断出可能发生的冲压断裂。辅助系统也有助于提高工艺安全性，由一个传感器负责监视加工好的工件是否已经通过工件挡板掉落，如果该工件没有掉落，那么它会通过振动工件挡板、轻轻敲打激光固定座或是以模具降低的方式使工件掉落。

图3 RNC 400 Laserturn复合机床由于集成了激光加工技术，用户可以在一次装卡中进行车削、硬化和硬车削加工。

2012 年夏天以来，位于Westerkappeln的Jörg Oberschmidt有限公司就一直在与Trumpf公司合作。“工艺的安全性令我印象深刻。”该公司业务经理Michael Grave说，“我从事这个行业已经25年了，从来没有见过复合机床有如此好的可靠性。”该家族企业拥有40名员工，每年将5000t薄钣加工成具有高附加值的工件，他们非常重视工件表面的完好无损和工件边缘的干净。Trumpf公司的这种新型复合机床拥有可降低的模具，使用这种模具可以让金属钣固定在机器上，而不是去接触模具，因此金属钣的下表面不会出现划痕。

位于Mönchengladbach的A. Monforts Werkzeugmaschinen 有限公司刚刚开始复合机床的生产业务。他们选择生产的是激光车削机床，其中的一个原因是，能够使工件表面质量低于1μm。RNC 400 Laserturn复合机床是在RNC 400系列的基础上开发的，其拥有圆形横截面的静压导轨，并经过了长时间的考验，其光源采用光电转换率为45%的二极管激光器。

图4 Emag Automation有限公司首席执行官Andreas Mootz博士说：“激光束的能量可以按照需求精确地集中进行加工，最终实现高速加工，且变形量最小。”

该公司已经实现了使用刀架上的激光刀具进行组合加工，在同一个刀架的标准VDI刀座上最多可放置6把激光刀具和6把切削刀具。“这一注册了国际专利的集成概念，是通过刀架来引导光束。”Monforts公司的外部顾问Lower Rhine省大学工程博士Dominic Deutges教授解释说，“因此，光学元件可以避免受到金属切屑和冷却润滑剂的影响。切削刀具和激光刀具之间的相互转换，只需要转动刀架即可轻松实现。”

图5 位于Ditzingen的Trumpf公司机床领域的执行合伙人兼主席Mathias Kammüller博士说：“与冲床相比，激光加工机床可以切割出任何您所想要的工件轮廓。”

在一台机床上进行车削、硬化和硬车削

由于集成了激光技术，用户使用这种复合机床可以在一次装卡中进行车削、硬化和硬车削加工。激光甚至可以切割陶瓷材料，如氮化硅，这在以前往往需要通过昂贵的磨削加工来实现。例如，加工氮化硅材料的轴瓦时，便可用烧结后的毛坯棒料直接进行加工。Monforts公司新技术部前任总监所作的一份报告表明：“此过程非常高效，并且取代了磨削加工，特别是省去了复杂轮廓磨削时使用砂轮进行的修整工作。”加工后工件的表面光洁度可达到0.2μm，能够与磨削加工后的效果相媲美。

Dominic Deutges教授称，这种复合加工工艺应用在齿轮和电机传动轴制造时所面临的技术挑战是：整个传动轴区域、轴承座和传动轴的跳动公差(这里的硬化处理是防止磨损和高精度硬车削所必需的);以及轮齿往往需要硬车削，在某些情况下甚至需要磨削。Dominic Deutges教授表示：“与其他硬化工艺相比，激光淬火的优点显而易见。其能量输入低且有针对性，可以在不影响齿根的情况下选择性地硬化轮齿表面。零件的几何形状能够得到保证，变形量极小几乎很难察觉。因此，后期对轮齿的磨削加工量得以大幅减少。

图6 Monforts公司的外部顾问Lower Rhine省大学工程博士Dominic Deutges教授说：“切削刀具和激光刀具之间的相互转换，只需要转动刀架即可轻松实现。”

位于Heubach的Emag Automation有限公司同样关注到了汽车驱动器领域。他们正在生产连接、车削和激光焊接技术相结合的复合机床。ELC系列机床将连接和激光焊接两种工艺组合在一台机床上。这种复合机床是如何进行加工的呢?通过一个典型的齿轮元件可以一目了然，甚至是结构复杂的小型同步轮也是如此。

为了能够高效地生产高精度零件，首先要制造两个不同的元件，然后通过焊接将这两个元件连接起来。“针对这点而言，今天制造齿轮主要是通过激光焊接。”Emag Automation有限公司首席执行官Andreas Mootz博士解释说，“在该工艺中，激光束的能量可以按照需求精确地集中进行加工，最终实现高速加工，且变形量最小。”Emag机床所使用的光纤固体激光器的效率为20%，比传统的CO2激光器(效率8%)更加节省电能，使生产中的能源成本大幅降低。

组合解决方案寻找新问题

对组合解决方案有利的另一个原因是各种生产过程得以整合。一开始，使用拾取程序给工件主轴加载。在连接过程中，这些元件将被连接压力机夹紧固定在一起。利用夹持技术将元件准确定位，从而保证了最佳的焊接条件。根据工件或加工材料，在焊接前可以进行感应加热，完成后再进行清洁。

在这类复合机床上一次装卡便可完成所有加工过程，因此完成一个齿轮的焊接只需要12s;而差速齿轮元件的焊接最多也只需40s。此外，这种加工工艺还能够应用于汽车工业。最近，汽车制造商正在使用焊接工艺替代差速器外壳和冠齿轮之间的螺栓连接，其结果是降低了材料成本和重量。在过去的十年中，Emag Automation有限公司已经售出了超过50台的ELC系列机床，主要应用于汽车行业。

Mootz先生透露了其成功的秘诀：“我们了解整个生产流程，从最初的车削、磨削，到焊接，直至最终的超声测试。我们能够开发和建立整个工艺链。为此，我们对新生产基地的规划和现有生产厂的扩展都进行了简化。”