完善激光工業(yè)技術(shù) 機器人柔性激光切割發(fā)展迅猛

　　機器人柔性激光切割可以提供高柔性解決方案，而且成本相對進(jìn)口五軸機床低很多。隨著(zhù)激光技術(shù)的發(fā)展和機器人精密軌跡控制技術(shù)的完善，機器人柔性激光切割在汽車(chē)行業(yè)的應用正變得日益普遍。

　　機器人柔性激光切割的方式多種多樣，既可以做成單機器人切割平臺，又可以組合成柔性加工生產(chǎn)線(xiàn)。涉及的工件主要是兩種不同類(lèi)型的零部件：一種是金屬件通過(guò)擠壓或者拉延形成的3D車(chē)體結構件和覆蓋件，包括熱成型件等;另外一種是管狀金屬結構件，包括排氣管、交叉梁等。覆蓋件傳統的生產(chǎn)方式是通過(guò)開(kāi)模具沖壓，然后再進(jìn)行沖孔模和切邊模等工序;熱成型件和管件通過(guò)昂貴的五軸激光切割機床來(lái)完成。正因為高昂的設備成本，所以只有某些合資品牌的汽車(chē)廠(chǎng)商才有能力采購進(jìn)口五軸機床。

　　新形勢下，汽車(chē)使用者的需求正變得多樣化和個(gè)性化，越來(lái)越多新車(chē)型涌現。大部分車(chē)出現逐步批量縮小的態(tài)勢，因為部分汽車(chē)廠(chǎng)商無(wú)法預測和保證將來(lái)某一車(chē)型的銷(xiāo)量和穩定的產(chǎn)量，所以開(kāi)始嘗試低成本的機器人激光柔性切割設備或生產(chǎn)線(xiàn)。這種趨勢從汽車(chē)備件市場(chǎng)開(kāi)始，不斷地向工程機械、客車(chē)、農用車(chē)、電動(dòng)車(chē)等領(lǐng)域拓展和普及。

　　適用于汽車(chē)行業(yè)的激光切割機器人

　　汽車(chē)行業(yè)使用了很多工業(yè)機器人，但在激光切割領(lǐng)域的應用卻很少，問(wèn)題存在于三個(gè)層面。一是汽車(chē)行業(yè)機器人應用主要集中在精度要求低的點(diǎn)焊、弧焊、噴涂、搬運等，但激光切割往往要求很高的位置精度，且對小圓等小軌跡精度有很高的要求，比如直徑在5mm以?xún)鹊男A孔的切割，普通的機器人望塵莫及，切10mm的小圓也會(huì )出現橢圓等形狀;另一方面取決于機器人的效率，一般機器人各個(gè)軸關(guān)節運動(dòng)控制速度比較慢，同時(shí)機器人手臂重量過(guò)大不適合高速運動(dòng);第三方面是機器人的剛性，剛性差的機器人抖動(dòng)厲害，機器人循跡性差，而且機器人變形厲害，無(wú)法準確達到工件數模中需要切割的精確位置。因此，傳統汽車(chē)行業(yè)流行的機器人在激光切割方面被客戶(hù)質(zhì)疑也是可以理解的。

　　有著(zhù)百年精密機械和高速運動(dòng)控制經(jīng)驗的史陶比爾公司，設計領(lǐng)域最寬的就是汽車(chē)行業(yè)，針對汽車(chē)行業(yè)需求，史陶比爾在激光方面推行RX160L倒裝方式龍門(mén)結構機器人柔性切割系統解決方案，該系統從以下幾個(gè)方面有了突破：

　　1、大尺寸機器人寬幅面。采用RX160L機器人，2.05m的球型工作區域，切割臺面寬度可以達到3m，超過(guò)昂貴的五軸機床的工作臺寬度，一般汽車(chē)零部件尺寸都在RX160L倒裝機器人工作區域內，有些大工件也可以通過(guò)移動(dòng)平臺來(lái)實(shí)現。

　　2、手臂重量輕，剛性好。史陶比爾采用整體鑄造管狀結構保持剛性;材料選用變形較小但重量輕的航空鑄鋁。RX160L機器人手臂重量只有250kg，而歐系相同手臂的機器人要超過(guò)400kg，非常不適合機器人柔性激光切割的需求。

　　3、機器人的機械精度差異。機器人機械精度除了剛性差異外，最重要的差異在于機械傳動(dòng)的誤差，而機械傳動(dòng)的誤差主要體現在減速器上。一般機器人的減速系統都很龐大，而且都是采用普通減速器結構，齒輪間隙大，無(wú)法滿(mǎn)足機器人柔性激光切割在汽車(chē)行業(yè)的需求。而史陶比爾采用的獨特專(zhuān)利減速系統JCS，公司將一百多年在精密機械上的經(jīng)驗技術(shù)成功應用于機器人上。這就是為什么史陶比爾比爾可以在小孔切割上得到客戶(hù)認可的原因。

　　將五軸機床技術(shù)成功移植到機器人

　　離線(xiàn)編程技術(shù)和自動(dòng)生成工裝夾具是機床行業(yè)得到推廣的關(guān)鍵技術(shù)之一，這些技術(shù)在機器人領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和成功應用，使得機器人柔性激光切割解決方案和汽車(chē)行業(yè)應用無(wú)縫鏈接。

　　傳統的機器人編程方式是在線(xiàn)示教編程，費時(shí)費力，特別是汽車(chē)覆蓋件或者管件，需要切割的都是復雜空間曲線(xiàn)，示教無(wú)法達到設計要求。機器人激光切割離線(xiàn)編程軟件的應用使得編程時(shí)間大大縮短，而且不影響在線(xiàn)加工。

　　史陶比爾采用ROBOTMASTER軟件進(jìn)行STAUBLI RX160L機器人離線(xiàn)編程。ROBOTMASTER機器人離線(xiàn)軟件可以虛擬真實(shí)的切割環(huán)境，包括機器人、激光切割工具頭、工件及夾具。軟件可以快速設置和優(yōu)化最佳機器人切割姿態(tài)，如果系統出現干涉或者超出范圍，軟件會(huì )智能提示。機器人離線(xiàn)編程可以完全脫離實(shí)際機器人，生產(chǎn)和編程互不耽誤，最大程度提高生產(chǎn)效率。

　　通過(guò)離線(xiàn)軟件還可以自動(dòng)生動(dòng)精密的工裝夾具。英國PEPS離線(xiàn)軟件是專(zhuān)門(mén)為全世界最精密的機器人STAUBLI定制開(kāi)發(fā)的機器人激光切割離線(xiàn)編程軟件。它能夠提供自動(dòng)生成工裝夾具程序，用戶(hù)可以根據工件三維數模來(lái)選擇工裝夾具并可進(jìn)行微調。設計好合適的夾具后系統自動(dòng)把夾具所需的板材合理布置在一個(gè)平板上，通過(guò)機器人可以直接切割出夾具所需要的板件，最后拼裝出合適的工裝夾具。

　　切割效率由方案及經(jīng)驗決定

　　很多集成商選用不適合激光切割的普通機器人，效率低下且效果差，影響了汽車(chē)行業(yè)用戶(hù)對這個(gè)領(lǐng)域的認知，否定了機器人方案。史陶比爾則認為，優(yōu)秀的集成商會(huì )選用高精度的機器人并將其整合到精密的系統結構中，根據不同的用戶(hù)產(chǎn)品由基本型演化成不同的機器人柔性切割方案，可以采用單機、雙機或多機和平臺數量之間進(jìn)行組合。

　　集成商集成能力高低決定最終切割效果和效率。德國JENOPTIK是史陶比爾的激光應用集成商，采用史陶比爾定制開(kāi)發(fā)的TX90激光切割專(zhuān)用機器人、定制輕型切割頭和獨有的BIM(Beam-In-Motion)技術(shù)。該設備的小孔定位精度能達到± 50μm，直線(xiàn)速度>12m/min。 如果產(chǎn)品產(chǎn)量比較高，JENOPTIK公司可以提供雙機器設備或者多機器人解決方案。

　　本地一些技術(shù)實(shí)力較強的激光切割系統集成商也在不斷提高對機器人激光切割認識并不斷提高集成能力。深圳大族激光在汽車(chē)行業(yè)應用的機器人激光切割解決方案中就選用了史陶比爾的機器人產(chǎn)品，這個(gè)系統包含兩個(gè)移動(dòng)工作平臺，機器人在兩個(gè)平臺上的工件間切換，非工作的移動(dòng)平臺推出來(lái)進(jìn)行上料。這套系統的客戶(hù)是一個(gè)客車(chē)制造廠(chǎng)，車(chē)廠(chǎng)設備負責人對此非常滿(mǎn)意，不僅切割效果好，而且效率高，雙工位平臺不會(huì )浪費上料的時(shí)間，目前這個(gè)客戶(hù)已經(jīng)購買(mǎi)近十臺史陶比爾機器人設備。而且他們計劃重新設計一條沖壓線(xiàn)，用機器人柔性生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)取代一條模具沖壓線(xiàn)，包括過(guò)程中的物料轉移也是通過(guò)機器人來(lái)完成，這條線(xiàn)的機器人用量可能會(huì )高達幾十臺。使用機器人不僅節省了成本，而且提高自動(dòng)化水平，整個(gè)過(guò)程不需要人工干預。

　　國內的各種車(chē)廠(chǎng)要初步接受機器人柔性激光切割方式還需要一定的時(shí)間，集成商需要進(jìn)一步提高機器人集成能力，提高系統精度和速度，特別是系統的安全、穩定性，讓汽車(chē)行業(yè)用戶(hù)逐步開(kāi)始批量采用機器人柔性激光切割解決方案。