隨著激光切割機競爭的白熱化，主流廠家把競爭焦點從功率競爭，轉向自動化、床身結構、加工幅面等方面的競爭上，而技術門檻最高的三維五軸激光，也成為行業(yè)發(fā)力的重點。

筆者進行了深入地行業(yè)考察，見證了三維五軸激光切割機床在行業(yè)中的快速興起。本文針對不同的廠家和用戶提出的購買三維五軸激光切割機床時“選擇龍門式，還是懸臂式”疑問，對兩種結構的機床的特點和應用場景進行了解讀，供業(yè)內參考。

三維五軸激光切割機床的發(fā)展

三維五軸激光切割機床能夠在三維空間內自由移動和旋轉，可輕松應對曲面、斜面及異形結構的切割需求，能夠實現微米級的精度，已成為汽車等高端制造領域的核心設備，廣泛替代了傳統沖孔模、修邊模、手持等離子切割、機械雕銑、多臺協同作業(yè)的機加工設備等。

1990年代，通快和意大利普瑪寶開始研發(fā)三維五軸激光切割機床，2008 年之后日本三菱激光和田中 NTC（日系以二氧化碳激光為主） 等少數企業(yè)進入該市場。十年前，中國每年進口三維五軸激光切割機床僅30多臺，每臺售價數百萬乃至上千萬元，主要用于汽車的模具試制以及小規(guī)模零件的切邊、切孔。

近幾年，中國汽車業(yè)強勢崛起，汽車輕量化催生的高強鋼和鋁合金熱成形工藝，提升了對三維五軸激光切割機床巨大剛需。截至2023年10月，全國有289條熱成形產線，三維五軸激光切割機床保有量已超過 1000 臺。

從 2014 年起，以大族激光和華工激光為代表的本土企業(yè)開始研發(fā)三維五軸激光切割機床，逐漸實現了核心技術的全面突破，絕大部分采用龍門式結構，價格對進口機床形成了碾壓之勢。其他的廠家如宏山、金威刻等也紛紛進入。

迫于壓力，通快也在中國本地組裝生產以降低售價。2025年3月，通快在太倉下線了第 100 臺 TruLaser Cell 系列三維五軸激光切割機床，全部為懸臂結構。

海天光機打破了國產三維五軸激光切割機床龍門結構一統天下的局面，在2024年成功研發(fā)國產首臺懸臂式三維五軸激光切割機床，并投入商用。隨后，海天光機又推出全球首臺雙懸臂雙切割頭三維五軸激光切割機床，并亮相當年工業(yè)博覽會。

龍門式和懸臂式三維五軸激光切割機床的區(qū)別

龍門式結構整個系統類似一座 “門”，激光加工頭沿著門之間的橫梁移動，兩臺電機分別驅動龍門的兩個立柱在X軸的導軌上移動。

它的優(yōu)點是：

結構剛性好，穩(wěn)定性高：雙支撐設計能夠確保橫梁均勻受力，不易變形，保證了長距離下激光輸出的穩(wěn)定性和精度，能夠實現快速定位和動態(tài)響應，適合高速加工需求。

加工范圍大：承重的橫梁可以做得很寬，在處理 2 米寬以上的大尺寸工件時更穩(wěn)定。

它的缺點是：

同步性問題：采用兩臺線性電機驅動移動橫梁的支撐腳。在高速運動時容易出現同步性問題，一旦橫梁錯位斜拉，不但加工精度下降，還會損壞齒輪齒條，加速磨損，更換維護成本高且麻煩。

目前國內頭部廠家龍門式機床大規(guī)模投入使用的年限不長，用戶端反饋問題還不是很明顯，但是研制能力較弱的小廠機床的同步性導致機床磨損問題已經開始暴露。

占地面積大：龍門式設備體積較大，占用空間較多，不適合空間有限的工作場所，上下料只能沿著 X 軸導軌方向進出，自動化上下料受到一定限制。

磁性吸附問題：如果采用線性電機驅動X軸支撐和Y軸橫梁，因電機磁性較強，容易將金屬粉末吸附到軌道上，長期積累會影響設備的運行精度和使用壽命。所以中高端三維五軸激光切割或焊接機床都要加防塵罩密封加工，并且為工作臺增配除塵器。

懸臂式結構采用單側支撐的懸臂梁，激光加工頭懸掛于橫梁上，另一側懸空，整體構造類似 “懸挑手臂”，承重的單梁由一個電機驅動在導軌上運動。

懸臂式三維五軸激光切割機床的優(yōu)點：

1． 結構緊湊，占地面積?。簯冶凼皆O備結構比龍門式簡單，占用空間較小，適合空間有限的工廠和車間。

2． 耐用性強：只用一個電機驅動X軸，就規(guī)避了龍門式同步性難題的先天不足。如果用電機遠程驅動齒輪齒條傳動系統，也能最大程度消除磁性吸塵的難題。

3． 進料方便，便于操作和維護：懸臂式比龍門式少了一個支撐臂，可以從三個方向進料，也更便于自動化改造，與機器人或傳輸系統對接，適應大批量生產的需求。單側支撐結構簡化了機械設計，降低了維護成本和停機時間，提升設備的全生命周期價值。

4． 靈活性高：因為少了一個支撐臂的阻擋，在同樣機床尺寸時，懸臂式的切割頭在 Y 軸方向有更大的操作空間，可以更加深入和接近零件進行切割和焊接。在模具試制、原型車開發(fā)和中小批量多品種訂單時，以及切割中小工件時，更有優(yōu)勢。

懸臂式三維五軸激光切割機床的缺點：

1． 加工范圍受限：由于懸臂式設備的結構限制，承受切割頭（通常 30 － 60 公斤）重量的懸空Y軸橫梁不可能做得太長，不適合切割超過 2 米寬的大尺寸工件。

2． 高速穩(wěn)定性不足：由于單側支撐的結構特性，重心偏向支撐側。切割頭在 Y 軸橫向移動時，橫梁的重心隨時變化，尤其是在遠離承重端、靠近懸空端高速作業(yè)時，切割頭形成的力矩最大，震動導致的波動最大，對支撐臂形成較大的壓力。床身需要具備更高的剛性和抗振性，以抵消懸臂梁在高速運動中的力矩和振動。

如何選擇三維五軸激光切割的機床結構？

其實撇開支撐結構，兩種結構的三維五軸激光切割機床的切割方式幾乎是一樣的，都是通過 X、Y、Z 軸及旋轉軸（A、B）實現五軸運動。

汽車行業(yè)90％的熱成形件，例如前后門防撞梁、前后保險杠、A 柱、B 柱、地板中通道、車窗及門板加強筋、車頂加強梁等寬度大多在 2 米以下，懸臂式基本能全覆蓋。汽車行業(yè)的三維五軸激光切割機床的激光器功率多在6Kw以下，以薄板為主，所以兩種結構的應用場景高度重合。

很多文章提到龍門式適合切割更厚的零件，理論上切割更厚的零件需要更大功率激光器，更大的切割頭，龍門式懸梁承重的極限肯定比懸臂大。但是，目前三維五軸激光的主要功率范圍是 3000 － 6000W。切割頭和垂直的 Z 軸，已經能通過航空鑄鋁等高強合金以及優(yōu)化的冷卻方式減重，普遍降到45公斤以下，且還在不斷減重，而進口的懸臂結構激光機床的同等功率的切割頭往往做得更輕巧，已經可以勝任絕大部分需求。

即使因功率增加到 1 萬瓦以上，切割頭增重也在懸臂式的承重范圍之內，并不會影響加工厚板。目前業(yè)內有少量切割 20mm 厚的復雜零件的需求，兩種結構都能勝任。工作臺的承重與龍門或者懸臂無關。

通過前面的分析可知，懸臂式結構規(guī)避了雙驅動的疊加誤差，獲得了柔性和三個方向的優(yōu)勢，代價是對床身和懸臂的性能要求極高，對其材料、結構和熱處理等因素提出了更高要求。

三維五軸激光切割機床目前主要是國產機床和德國通快和意大利普瑪寶之間的競爭，國內企業(yè)力挺龍門結構。事實上，作為全球市占率最高的兩家企業(yè)德國通快、意大利普瑪寶基本采用懸臂式結構。

就效率而言，目前整體還是懸臂式結構的進口機更高，國內廠家宣傳往往以接近進口機為賣點。

理論上，龍門式應該更快、更精準，但是雙驅動的同步性和粉塵干擾問題，又決定了維持這種高速運行可能難以長期持續(xù)。這條技術路線可以用不同的驅動方式和控制方式來解決這個難題，在競爭中保持優(yōu)勢。

進口品牌的三維五軸激光切割機床以懸臂式為主，基本采用高強度鑄鐵、優(yōu)化的壓鑄床身、或者大理石床身來確保穩(wěn)定性，床身在20噸左右，進口近二十年還能保持精度加工的機床并不少見，可見優(yōu)秀的床身可以長期保持懸臂結構機床的精度。

而外企在本土組裝的機型則為了應對競爭，采用了便宜和輕得多的焊接式床身，這可能在某種程度上削弱了其懸臂式機床的優(yōu)勢。

海天光機：國內三維五軸激光切割領域的黑馬

在幾乎所有的國產激光切割機廠家押寶龍門式結構的時候，出現了一個異類，那就是海天光機。2023年，海天光機高調進入懸臂結構領域，打破國外對懸臂式的壟斷，還借鑒激光落料線的成功經驗，推出了雙懸臂雙頭結構的三維五軸激光切割機床，并已在多家用戶投入使用。

筆者認為，海天光機的行業(yè)邏輯是正確的，有可能成為國內三維五軸激光切割機床的一匹黑馬。龍門式結構方面，華工激光和大族激光已經占據大半江山，而通快和普瑪寶堅持的懸臂結構路線，在國際上接受度高，在2024年以前，在國內沒有競爭對手。

海天光機宣傳自己是國內首家打破懸臂式結構壁壘的企業(yè)。華工、大族等廠家都有報道稱有懸臂結構產品，然而他們大多沒有形成實際的應用。早期，他們無一例外都是從模仿懸臂式結構入手，但最終放棄了該路線。為什么呢？

正如筆者前面提到的，懸臂式結構對床身和懸臂有超高的要求，上述先行者并不是嚴格意義上傳統的機床廠家，對于床身和懸臂的設計（需滿足剛度大、變形小、抗振性強等要求）、材料（灰鑄鐵、球墨鑄鐵、鋼板和合金鋼等床身材料）特性、熱處理與制造工藝（鑄造、鍛造、焊接和熱處理）、動力學與振動控制、結構力學與穩(wěn)定性分析、精密加工與誤差補償等知識還知之甚少，他們的優(yōu)勢主要在光學和控制方面。即使現在他們已經吃透了這些，但是在龍門式結構已經積累了大量的研發(fā)成本，他們只能在這條路上去精益求精。

十幾年前，中國企業(yè)不能從國際同行那里獲得成熟輕巧的切割頭，專業(yè)的激光頭廠家不會涉足這么小的市場，早期自行研發(fā)的切割頭在重達接近百公斤，考慮到前面提到的懸臂式的短板，他們又怎么可能在懸臂式結構獲得成功？

之所以說海天光機能做成懸臂式三維五軸激光切割機床，是因為天時、地利、人和都已具備了。海天光機是橫跨多行業(yè)的巨無霸－海天集團的子公司，該集團機床板塊年營收超過 300 億，人才、設備和研發(fā)實力在國內首屈一指。

該集團已有 59 年的底蘊，業(yè)務涉及注塑機、壓鑄機、激光加工機、數控機床，如龍門加工中心、臥式加工中心、立式加工中心、數控車床等，在機床的基礎材料、機械、電氣、控制等方面都處于國內一流水平。

海天光機擁有集團內一流的鑄造和熱處理工藝，制造的一體化重力鑄造床身，床身重達15－16噸，可謂是不計成本，并采取輕浮動懸臂結構，確保了機床的長期穩(wěn)定運行和高設備開動率。三維五軸激光切割機床和焊接機的切割頭、焊接頭和數控系統在業(yè)內和集團內已經非常成熟，和龍門式可以共用產業(yè)鏈成熟的成果。

海天光機出手便是顛覆性的雙懸臂雙頭結構，這也是源于其厚積薄發(fā)的自信，未來可期。它可以先和國產的龍門式以及外資國產的懸臂式三維五軸激光切割機床競爭，未來再與進口機全面競爭。

三維五軸激光切割機床，將成為中國機床制造的新名片

中國激光切割機行業(yè)是中國機床行業(yè)里競爭最激烈的行業(yè)之一。也正是這種激烈競爭，才使得原本價值幾百萬的設備，如今以幾萬、幾十萬的價格進入尋常企業(yè)，讓機箱機柜、金屬家具、鐵藝這樣微利的行業(yè)也能用激光加工機進行高效精密加工，提升了中國制造業(yè)的競爭力。

現在，不管是龍門式的 “穩(wěn)重”，還是懸臂式的 “靈動”，以華工激光、大族激光和海天光機為代表的中國本土激光切割機已經占據了很好的市場位置，甚至外資本土化的機床也越來越多地使用了中國制造的核心部件。不管誰在競爭中勝利，最后都是中國制造的勝利。

隨著市場保有量的增加，本土三維五軸激光切割機床企業(yè)到的反饋越多，進步也就越快。不僅僅要從存量市場爭奪份額，更是要從別的行業(yè)中獲得增量，讓原本不敢想象使用此類設備的企業(yè)也能用這種高精尖的加工手段創(chuàng)造更多的奇跡！