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激光配合機(jī)械手系統(tǒng)切割復(fù)雜零件

  近年來冤馏,汽車行業(yè)的一項(xiàng)主要趨勢是提高設(shè)計典徊、功能以及零件機(jī)械強(qiáng)度等方面的需求内列。這一趨勢在結(jié)構(gòu)和車身底盤部件相關(guān)的領(lǐng)域尤為顯著,比如以厚度低于2~3mm的金屬鈑金成型為復(fù)雜的最終零件背率。為了降低復(fù)雜程度和成型工具的成本话瞧,在許多案例當(dāng)中,制造商決定將一些任務(wù)轉(zhuǎn)移到后續(xù)的生產(chǎn)步驟中蛇筷。因此彻盐,在零件上開槽或增加鉆孔之類的任務(wù)在生產(chǎn)過程中被暫時擱置,并留在后期完成贿叉,從而獲得高精度且不會對零件造成機(jī)械變形晕忙。

  更多的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝(如冷鍛及沖壓等)都基于工具和零件之間的機(jī)械接觸。這些工藝在工具施加壓力的同時會帶來變形和損壞工件的風(fēng)險净纬。此外膛画,這類工藝的自動化需要帶有非常牢固和高穩(wěn)定性的機(jī)械手系統(tǒng)來吸收外加壓力。另一種選擇是水射流打洋,它具有許多優(yōu)點(diǎn)癞亩,提供了一種可靠的技術(shù)方案。其缺點(diǎn)在于:切割完畢后需要對工件進(jìn)行干燥剥跃,切割速度有限绪痘,以及需要對工件,尤其是工件邊緣部分笙寻,進(jìn)行清潔钱雷。

  簡單的機(jī)械手系統(tǒng)

  一種頗具前景的額外解決方案是激光切割配合簡單的機(jī)械手系統(tǒng)。該方案提供了高度的柔性和無接觸高速切割吹零,不會產(chǎn)生對工件的機(jī)械應(yīng)力或壓力罩抗。此外,它使激光束能夠加工更多的材料灿椅,高功率密度意味著切割口附近的熱影響區(qū)非常低套蒂,光點(diǎn)尺寸之小(通常小于0.3mm)使其能切出極小的切口寬度茫蛹。

  激光工藝能被集成到高度可靠和可跟蹤的工業(yè)流程操刀,是其作為一種工具獲得成功的重要因素。市場尤其需要低投資成本和具有合理運(yùn)行及維護(hù)成本的方案婴洼。同樣重要的還有簡單卻有效的技術(shù)骨坑,同時具備高柔性,以快速適應(yīng)生產(chǎn)不同的窃蹋、新的產(chǎn)品卡啰。僅在完成這些前提條件之后,激光才能被認(rèn)為在切割成型鈑金件方面是一項(xiàng)具有優(yōu)勢的工具警没。

  一種用于移動激光束的機(jī)械手導(dǎo)引方案增加了整個系統(tǒng)的柔性和系統(tǒng)的物理能力匕冠,使其能夠加工普通龍門五軸系統(tǒng)難于處理的零件胚僧。此外,該方案還提供了更高的柔性和激光束的簡單編程方法逾族。

  激光束傳遞的關(guān)鍵

  成功將激光束集成到機(jī)械手系統(tǒng)的關(guān)鍵在于激光束傳遞本身的特性渡厦。一種傳統(tǒng)的方案是采用固態(tài)激光器同光纖耦合,然后使用機(jī)械手進(jìn)行導(dǎo)引床斜,使其到達(dá)要求的工作位置审鸿。

  該方案的缺點(diǎn)在于低彎曲半徑和光纖的內(nèi)反射會限制其柔性和可靠性,從而帶來機(jī)械損傷好侈。

  與之對比超茎,CO2 激光束通常有較高的光束質(zhì)量、小的聚焦區(qū)域瞻聪,以及在激光焦點(diǎn)附近的近高斯密度分布标霎。因此,切割寬度很凶灯椤(通常僅為0.1~0.3mm)铡说。此外,CO2 激光的投資和運(yùn)行成本都低于固態(tài)激光器缰犁。由于CO2 激光的工作波長為10.6 m淳地,因此不可能使用玻璃光纖來導(dǎo)引光束,卻可采用導(dǎo)光鏡片來完成帅容。該方法已經(jīng)在二維應(yīng)用的三軸系統(tǒng)中得以成功使用颇象,使用預(yù)先設(shè)置好的鏡片將激光束反射形成光路。

  過去丰嘉,早期的機(jī)械手CO2 激光系統(tǒng)的設(shè)計思路如下:在外部機(jī)械手內(nèi)裝有用于傳遞激光束的鏡片夯到,并使激光從激光器傳遞到激光頭嚷缭。該機(jī)械手本身被一只機(jī)械手導(dǎo)引(第6軸)饮亏,從而降低了整個系統(tǒng)的自由運(yùn)動。

  另一項(xiàng)開發(fā)成果是設(shè)計出具有最大輸出功率達(dá)2千瓦的激光系統(tǒng)阅爽,該系統(tǒng)中激光器被安裝在機(jī)械手的軸向上路幸,激光束通過特定的鏡片被傳向激光頭。在這一概念當(dāng)中付翁,完整的激光源在整個運(yùn)行中被扛在機(jī)械手上简肴,其載荷約為250~300kg。這明顯制約了運(yùn)動性百侧、精度和系統(tǒng)的動態(tài)性能尚羽,以及對高速下完成更復(fù)雜加工路線時的精度帶來了負(fù)面影響。這同樣對激光器及其系統(tǒng)的壽命和維護(hù)要求造成負(fù)面效應(yīng)惕仪。

  集成完整的光路

  在Jenoptik自動化技術(shù)公司拌驻,基于機(jī)械手的新一代CO2 激光系統(tǒng)已經(jīng)誕生洒已,其激光功率能高達(dá)5000W,且具備更高精度和動態(tài)性能牲晤。在該系統(tǒng)中激光器以機(jī)械方式同機(jī)械手分離受贫。通過與St ubli公司的合作,激光束現(xiàn)在能以光學(xué)方式同機(jī)械手底部相連碍逐,從而將完整的激光束光路集成至激光頭的尖端浴蝉。

  具體地說,激光束通過在機(jī)械手軸向轉(zhuǎn)向點(diǎn)處精密固定的鏡片薪丐,被導(dǎo)向至機(jī)械手的前端冗腐,然后被聚焦,并傳送給裝備了開關(guān)和切割氣體噴嘴的切割頭脱睛。

  這一新概念因可調(diào)節(jié)的鏡片而成為可能短酵,這些鏡片被設(shè)計用于集成進(jìn)機(jī)械手的關(guān)節(jié)處。除此之外修噪,所有的鏡片必須使用水冷冷卻查库,從而允許傳遞功率高達(dá)5000W的激光束。為了防止微粒對鏡片產(chǎn)生破壞黄琼,整套導(dǎo)光元件被一套定向的管道系統(tǒng)保護(hù)著樊销。CO2 激光光路被集成在機(jī)械手中,在整條光路中的反射損耗少于5%脏款。

  我們可以得出結(jié)論围苫,Jenoptik開發(fā)了一種用于傳導(dǎo)CO2 激光束的且原理近似于光纖的導(dǎo)光系統(tǒng),并可用于高功率領(lǐng)域撤师。該解決方案代表了一種具有前景而且可靠的技術(shù)剂府,能以更低成本替代固態(tài)激光系統(tǒng),同時不以犧牲應(yīng)用性能為代價剃盾。

  用于工業(yè)實(shí)踐的集成技術(shù)

  Jenoptik公司更進(jìn)一步腺占,將機(jī)械手、激光器和冷卻裝置集成在一個平臺上痒谴,實(shí)現(xiàn)緊湊的加工單元衰伯,從而滿足工業(yè)實(shí)踐中的要求。

  這些緊湊的概念結(jié)構(gòu)擁有巨大的柔性椰严,為那些需要一臺柔性切割系統(tǒng)善王,以重復(fù)完成多品種、高質(zhì)量加工業(yè)務(wù)的公司帶來了最佳的解決方案荡偶。 


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