現(xiàn)在，激光加工已經(jīng)成為了工業(yè)領(lǐng)域中十分重要的加工手段,。激光加工的基本原理是將高能量密度的激光束聚焦在被加工物體表面,，使其瞬間熔化、氣化,，從而實(shí)現(xiàn)高效,、高精度地對(duì)于多種材料的加工,。激光加工技術(shù)也是我國一直重點(diǎn)支持和推動(dòng)應(yīng)用的一項(xiàng)高新技術(shù),。
工業(yè)領(lǐng)域現(xiàn)有的激光雕刻機(jī),，主要是利用了一個(gè)能在X、Y兩個(gè)垂直方向上作運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)平臺(tái)控制激光束在平面的二維坐標(biāo)上實(shí)現(xiàn)加工,。來自清華大學(xué)機(jī)械系的朱陶元敏,、張炫彬、賈波幾位同學(xué)曾經(jīng)在課程上學(xué)習(xí)過這種傳統(tǒng)激光雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)方法,?？墒牵麄儧]有滿足于此,，而是進(jìn)一步思考：是否可以改變傳統(tǒng)激光雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)而改善其加工性能呢,？
從這個(gè)想法出發(fā)，他們提出了一種基于“平面五連桿機(jī)構(gòu)”的結(jié)構(gòu)設(shè)想,。區(qū)別于傳統(tǒng)激光雕刻機(jī)的串聯(lián)式結(jié)構(gòu),，“五連桿機(jī)構(gòu)”被稱為并聯(lián)機(jī)構(gòu)，兩個(gè)運(yùn)動(dòng)軸處于相同的地位,，并且都可以與基座相對(duì)固定,。這樣的設(shè)計(jì)可以使得系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的慣性大大減小，這意味著系統(tǒng)可以在更大的速度以及加速度下運(yùn)行,，從而提升加工效率,。
有了設(shè)計(jì)思路，他們?cè)谥笇?dǎo)老師的幫助下開始了精密的參數(shù)測(cè)算,、零件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的過程,。為了能夠使激光雕刻機(jī)在工作范圍以及工作精度兩方面達(dá)到平衡，他們通過分析在工作范圍內(nèi)的誤差分布,，不斷調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù),，最終得到了最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案；又經(jīng)過對(duì)關(guān)鍵零件進(jìn)行的受力分析結(jié)果,，在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的情況下,，對(duì)零件進(jìn)行了大面積的開孔減重。在選擇材料時(shí)也將大部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為高強(qiáng)度鋁合金,，只在關(guān)節(jié)處使用鋼件增加結(jié)構(gòu)剛度,。此后，他們以PC主機(jī)為中心,，搭建了一套完整的控制系統(tǒng),。通過使用專門編寫的程序，可以將矢量格式的圖形或文字導(dǎo)入系統(tǒng)中,，自動(dòng)生成加工的軌跡并將軌跡信息逐點(diǎn)發(fā)送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)沿軌跡加工,。
最終,，項(xiàng)目小組完成的激光雕刻系統(tǒng)可以在電機(jī)功率相近的情況下，獲得至少5倍于傳統(tǒng)激光雕刻機(jī)的運(yùn)動(dòng)加速度,。在執(zhí)行復(fù)雜曲線加工等需要較高加速度的加工情況下,，加工效率可大大超越傳統(tǒng)式激光雕刻機(jī)，展現(xiàn)出十分廣闊的應(yīng)用前景,。他們的成果在2015年4月清華大學(xué)第三十三屆“挑戰(zhàn)杯”學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中獲得了特等獎(jiǎng),，實(shí)現(xiàn)了“從課堂中來，再打破課堂學(xué)來的知識(shí)”的目標(biāo),。
