液壓成型管已廣泛地應(yīng)用于新型卡車和SUV的大梁、發(fā)動機(jī)支架馍乙、吊桿和頂柱，其硬度高垫释、形狀復(fù)雜和重量輕的特點(diǎn)使得該結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越廣泛丝格。對于制造商來說，最大的挑戰(zhàn)是從單側(cè)切割這些密封管棵譬，過去显蝌，這些件是用先折彎， 然后點(diǎn)焊起來的裝配方式唠俄，因?yàn)槌尚颓笆瞧桨宀液疲虼擞脗鹘y(tǒng)的沖床很容易完成，但對于成型件杜戈，沖床則不易加工赫窄。采用激光機(jī)器人切割系統(tǒng)和光纖傳導(dǎo)系統(tǒng)可以解決這個問題，同時拉拨，用戶還可以在成型工件上進(jìn)行切割臭脯。

將激光機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用于液壓成型密閉管的切割，可有效解決對其進(jìn)行單側(cè)切割出現(xiàn)的問題旦坷，并可使用戶在成型工件上進(jìn)行切割。不僅如此，選擇到合適的系統(tǒng)喻名，還可使運(yùn)行成本減少15～20%赂裸。

激光系統(tǒng)

激光發(fā)生器由機(jī)器人或控制單元控制，被放置在激光安全防護(hù)罩外沈宛，為了節(jié)省占地面積畦盏，有時將其放在高處。連續(xù)Nd：YAG固體激光器1.06mm的波長和光纖傳導(dǎo)適用于快速切割乔煞，一般用10～30m長的光纖將激光能量傳送到工件表面吁朦。用金屬加固的光纖導(dǎo)管非常堅(jiān)韌耐用，可像普通的管線一樣使用渡贾，唯一的限制是最小彎曲半徑約為200mm逗宜。

在機(jī)器人手臂和光纖末端連接的是激光切割頭，它將光束聚焦到工件表面空骚，同時保持與工件表面恒定的距離纺讲，并傳遞切割輔助氣體。在切割平板的激光系統(tǒng)中囤屹，為了使切割頭堅(jiān)固且操作靈活熬甚，可將其做的較大逢渔。機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行的是三維切割，必須將切割頭設(shè)計(jì)的輕而小乡括，尤其在靠近切割噴嘴的部分肃廓，以便使它更靠近切割部位而不受干擾。另外诲泌，它還必須具備良好的密封官澳，以防止灰塵和金屬蒸氣進(jìn)入，同時盡量避免碰撞予裳，以防止被損壞澈渠。

為了保持激光始終聚焦在工件表面上，在切割頭噴嘴上使用了電容高度傳感器芙继，將指令傳送給伺服系統(tǒng)坞鲁。移動聚焦透鏡和噴嘴與工件表面保持1mm的距離（如圖1），浮動范圍為25mm锻碎。

圖1 切割頭必須沿工件表面跟蹤萄撇，使激光始終在工件表面聚焦以補(bǔ)償工件的制造誤差

工藝流程

液壓成型管在每一側(cè)都有許多部位需要切割，并在端口有一處切割酣矮，稱為“端口切割”巨均。

我們以此作為工藝流程的實(shí)例：第一步是將管液壓成型為所需形狀，將管送入激光機(jī)器人工作站里并將其立起颅挟，使里面積蓄的液體流出测捎，否則液體會影響激光切割頭上傳感器的工作。當(dāng)然干燥的管子是最好的而芥，但如果在切割位置附近沒有過多積蓄的液體律罢，濕的表面也可以接受。隨后棍丐，管子被裝入卡具準(zhǔn)備切割误辑，通常為一種變位裝置。這種轉(zhuǎn)動系統(tǒng)可以在一個管子轉(zhuǎn)入激光防護(hù)罩內(nèi)進(jìn)行加工的同時歌逢，使另一個管子在加工區(qū)外裝卡巾钉。將工件的每一面轉(zhuǎn)動到切割頭位置進(jìn)行切割，既可以減少機(jī)器人的動作量及空程時間秘案，也可以簡化管線的運(yùn)動路徑（如圖2）砰苍。

圖2  管子不動，切割頭由機(jī)器人帶動進(jìn)行多面切割

在激光切割時阱高，排塵裝置從管子末端吸走切割中產(chǎn)生的金屬蒸氣和顆粒赚导。在切割完成后，管子再次被垂直立起，倒掉里面的熔渣吼旧，最后集中到廢料收集器里凰锡。

激光器

激光切割的縫寬約為0.2～0.6mm，切割部位的尺寸受機(jī)器人臂長等因素的限制嘶款，而切速由激光功率和縫寬來決定忿脉，激光切割的速度曲線如圖3。然而居删，激光切割速度并不是加工周期的唯一因素磅愤，機(jī)器人系統(tǒng)還必須花大量時間在不同的加工位置間移動，即“空程時間”追粉。在整個加工周期中，機(jī)器人以最快速度運(yùn)動的空程時間要占50%箍属，甚至更多短硼，因此，在計(jì)算成本時還要考慮到這一問題公上。

圖3  決定激光機(jī)器人單元加工周期的因素自幕。以切割10個圓孔和3個型孔為例，上下料和裝卡需20s

液壓成型管激光切割系統(tǒng)配置的優(yōu)化主要取決于速度幌扁、成本和質(zhì)量振袋，其中GSI激光器一個突出的功能是可以產(chǎn)生幾百赫茲的脈沖輸出，峰值功率高于連續(xù)波平均功率的2倍憎茂。這不僅可以產(chǎn)生更快的穿刺珍语，在進(jìn)行垂直于表面的切割時，還可以產(chǎn)生更快竖幔、更穩(wěn)定的切割板乙；對于半徑小的圓進(jìn)行切割，可以保證邊緣切割的質(zhì)量更好拳氢；對于反射性材料進(jìn)行切割募逞，可使速度更快，如鋁和鍍鋅板馋评。

對機(jī)器人的選擇

機(jī)器人運(yùn)動的精度放接、光滑度和重復(fù)性決定了切割精度。激光切割幾毫米厚材料的精度為±35mm留特，包括機(jī)器人路徑纠脾，精度為±250mm。機(jī)器人點(diǎn)對點(diǎn)的重復(fù)定位精度決定了實(shí)際加工點(diǎn)的位置磕秤，大約為±70mm乳乌。

一個合適的機(jī)器人應(yīng)至少有六軸運(yùn)動，并可再加一個或更多軸來旋轉(zhuǎn)或移動長的工件。負(fù)載為激光切割頭赴碘，通常小于10kg社衰。

切割頭

如前文所述，切割頭應(yīng)該小鸡视、窄桃旷、輕且快，并能耐受較臟的切割環(huán)境酒半。大的金屬氧化物顆粒和煙塵會損壞光學(xué)鏡片和移動機(jī)構(gòu)薯舆，而不銹鋼結(jié)構(gòu)和滑塊密封結(jié)構(gòu)會減少磨損，快換式晨下、預(yù)準(zhǔn)直的切割噴嘴和聚焦鏡片還可快速更換累冠。此外，新型切割頭還可以防止碰撞拳芹。當(dāng)在切割中產(chǎn)生飛濺和等離子云蝇罐，或在進(jìn)行斜角切割時，保持切割頭與工件的固定距離至關(guān)重要矢勉，GSI的切割頭可以做到這點(diǎn)合弥，并可在加工中不斷地進(jìn)行自我校準(zhǔn)。

將光纖固蛾、電纜和氣管固定在一起结执，需遠(yuǎn)離切割區(qū)，以免工件在加工中受阻或使其在運(yùn)動中扭曲艾凯，所有的管路都應(yīng)安置在切割頭的一側(cè)献幔。切割頭為直角是最好的，這樣光纖可以沿機(jī)器人手臂固定趾诗，不僅可減少光纖在切割頭上的扭曲斜姥，也可使更多的光纖用于工作區(qū)。

直角切割頭也可以使用閉環(huán)的攝像監(jiān)視系統(tǒng)通過鏡片在焦點(diǎn)位置取像沧竟，然后在監(jiān)視器上放大铸敏，以方便示教編程。這個功能配合電容傳感器的信號悟泵，可讓機(jī)器人自動找到工件表面的法線方向杈笔。操作者將切割頭設(shè)置到行程中點(diǎn)或示教點(diǎn)，根據(jù)監(jiān)視器上放大的圖像沿著主線或特征中心點(diǎn)進(jìn)行編程糕非。在每一點(diǎn)蒙具，可以通過找到該點(diǎn)附近幾點(diǎn)的高度自動確定法線方向，從而使機(jī)器人帶動切割頭移到法線方向进登，并將其作為正確點(diǎn)進(jìn)行輸入勒蜀。

光纖傳導(dǎo)的激光器機(jī)器人切割系統(tǒng)早在20世紀(jì)90年代初就已用于生產(chǎn)津咒，最好的液壓成型件切割系統(tǒng)的選擇標(biāo)準(zhǔn)包括切割速度、運(yùn)行成本雁碘、邊緣質(zhì)量和掛渣的去除哩拔、正常運(yùn)行時間以及頭期投資成本。在激光器滿足速度快啥拘、切割質(zhì)量高和掛渣去除容易的情況下影焙，還應(yīng)注意選擇氧氣和電消耗最少的激光器。選擇到合適的系統(tǒng)血肯，可使運(yùn)行成本減少15～20%襟笋。

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