在过去的几年里，大功率的沙本激光和纤维激光器为三坐标激光加工技术赢得了丰厚的利润。这些激光的优点在于：利用光纤实现了灵活的激光射束控制，有着很高的激光光束质量、很高的电-光学的激光器效率、很好的脉冲调制能力和较小的体积，从而降低了设备的投资。若再利用激光器复合加工的性能优点，即使用同一激光器完成激光切割和激光焊接两项任务时，可在3D激光金属加工中大大缩短生产加工工时、提高激光加工工艺技术的灵活性和加工精度。
工艺改进
当激光切割和激光焊接两种激光工艺技术结合在一起后，在激光器工作距离变化的工况下，激光能量在放大工件的激光加工窗口时有着重要的意义。细长的激光射束聚焦区域中强大的激光能量能在很小的激光器间距情况下准确地切割出非常细小的割缝，就像利用同一激光器在较大的间距下进行高质量的焊接一样，甚至无需转换激光器的聚焦位置。
这种复合激光器的一种变形形式适合于采用光缆连接的、带有激光射束控制系统的3D激光加工机床。其改进了的结构设计也大大提高了3D激光加工系统的性能。另外，它还配备了可编程控制的主动式激光模块控制系统，在整个激光加工速度的范围内有着很高的加工质量。本文介绍的轿车B立柱激光加工实例就是这种新型3D复合激光器的典型应用。
在同一机床但不更换激光器的情况下完成激光焊接和激光切割两种加工能够给用户带来很多的好处。这种工艺方法的关键是复合式的激光器，一种能够自动地、快速进行激光保护气体、流量转换的和焦距、激光头焦距以及激光功率和激光器进给速度转换的复合式激光器。这种所谓的自动“激光喷嘴”能够输出激光切割和激光焊接所需的保护气体，同时也能有效地使用Cross-Jets进行光学系统的保护。
因此，集成化的生产工艺能够减少机床设备的负荷，灵活且经济的变形加工方式以及减少生产设备操作的负担，零部件的定位和固定等都在节约整个生产加工费用方面发挥了重要作用。不变的TCP工具中心点校零技术，在工件装夹中的配置和最佳工艺流程选择的自由度都保障了极高的精度和极小的公差。在利用复合激光器进行焊接前的准备时，就可以省略传感器支持的坡口加工了。
系统功能
恒定的TCP、零部件一次性装夹后的切割和焊接使得激光焊接已经清楚地定位机床坐标系中坡口的准确坐标，从而可以保证非线性激光拼焊板材的生产制造。这种切割/焊接同一轨迹激光器方案的另一个应用是金属连续带材钢带末端的激光坡口准备和焊接，例如在质量检查线和涂层生产线中的应用。图1所示为激光功率4kW，光纤直径150μm时镀锌铁板激光切割和激光焊接速度的比较。
对比实验时使用的机器人为RLP16，在笛卡尔坐标系的三个坐标轴上都配备了线形直接驱动系统和三轴回转驱动。其动态驱动加速度为0.7g。在激光头围绕工件棱边的再定位时，机器人手臂轴能够快速地运动并完成方向转换，这就可能在光纤插头处带来较大的扭转、弯曲和类似软鞭鞭头甩动时的甩鞭效应等负载。光纤的这些负荷都是可以避免的，因为机器人有着随坐标轴同步运动的激光射束控制系统。光纤耦合点的位置也离激光头较远，位于承载不严重的地方。激光射束的校正由机器人最后两个旋转轴的两个转向镜引导到激光头的聚光镜。
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Laserfact公司新研发的F2-X型复合激光头（见图2）的连接盘中具有机械和光学的同轴保持装置，具有能记住机器人最后一个旋转轴的位置的功能。在Laserfact复合激光头中集成的间距调节用附加Z轴在保持与连接盘同轴时能够自动接通并开始工作。与标准的复合激光头相比，较新型复合激光头的长度尺寸明显缩短，能够更好地实现激光切割时对准工件的棱边，这样一来，不仅是Z轴，其聚光镜和定位机构以及激光源连接件也都重新进行了设计。为改善激光头的可接近性和距离传感器的侧面接近性能，同时，专家们还研发出了带有40锥角的细长型激光割炬。此外，根据被加工工件几何尺寸和形状的不同，3D应用中具有PCT工件中心校正技术的激光头进给速度也有很大的差异。开始切割时，进给速度较低，可以切割出高质量的工件（见图3），同时也能避免在焊接时出现不均匀的焊缝。为了实现不同情况下不同的进给速度，专家们研发了程序控制的激光模块控制系统，它能根据调频频率、激光模块的节拍和周期自动把进给速度调整到最佳，从而在整个进给速度范围内避免了切割、焊接时的毛刺、焊接胡须等。同时，Reis Robotics公司研发生产的RLP16型激光加工机器人配备了新型F2-X复合式激光头。IPG公司研发生产的YLR4000SS型光纤的直径为100μm，与激光射束控制系统相连接，可承受的最大功率为2.5kW。根据被切割的材料厚度和被切割轮廓半径尺寸的大小，大部分轮廓的激光切割速度为15m/min，孔的切割速度为3～9m/min。增强板（1.3mm）和钢板（1.4mm）搭接焊接时的焊接速度为3m/min。根据工件切割轮廓的细节不同，整个切割、焊接工序在上述选用的低进给速度情况下大约为1min。
通过对节拍和频率的控制，系统不仅能够在平均功率的范围内，而且也能够使激光脉冲在空间上与当前的进给速度相互匹配起来。图4所示为调制在低速进给时避免焊接胡须的实例，通过对周期的控制还能够进一步优化改进调制程度和调制水平。
实际应用
在超高强度钢汽车零部件的生产加工中，激光技术的应用显得越来越重要。在车辆的碰撞缓冲区部件使用了难以机械切割、有着很高抗冲压性能的材料之后也促进了激光技术的应用。利用22MnB5材料加工轿车B立柱的外形轮廓和孔的切割就是激光技术应用的最佳实例。在利用3D复合加工技术之后，也可以在激光切割中集成激光焊接工艺。
图4表示的是B立柱新的生产工艺：首先在工件上切割出孔，然后切割出工件的外形，再焊接好增强板，最后再在焊接有增强板的B立柱部位切割出孔。上述所有工序都在一次装夹中完成而且实现很高的公差要求。
因此，把激光切割和激光焊接集成在一个工序中，在激光加工领域中构成灵活多变的工艺，才能开创全新的生产加工工艺，真正实现经济的生产加工。
