機(jī)器人柔性激光切割在汽車行業(yè)的應(yīng)用正變得日益普遍，這與激光技術(shù)的發(fā)展和機(jī)器人精密軌跡控制技術(shù)的完善有著密不可分的聯(lián)系。因?yàn)闄C(jī)器人柔性激光切割可以提供高柔性解決方案愧汽，而且成本相對(duì)進(jìn)口五軸機(jī)床低很多，所以現(xiàn)在汽車廠商開始嘗試并逐步批量購買使用侣夷。

機(jī)器人柔性激光切割的方式多種多樣横朋，既可以做成單機(jī)器人切割平臺(tái)，又可以組合成柔性加工生產(chǎn)線百拓。涉及的工件主要是兩種不同類型的零部件：一種是金屬件通過擠壓或者拉延形成的3D車體結(jié)構(gòu)件和覆蓋件琴锭，包括熱成型件等;另外一種是管狀金屬結(jié)構(gòu)件，包括排氣管衙传、交叉梁等决帖。覆蓋件傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式是通過開模具沖壓，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昂貴的五軸激光切割機(jī)床來完成蓖捶。正因?yàn)楦甙旱脑O(shè)備成本地回，所以只有某些合資品牌的汽車廠商才有能力采購進(jìn)口五軸機(jī)床。

新形勢(shì)下俊鱼，汽車使用者的需求正變得多樣化和個(gè)性化刻像，越來越多新車型涌現(xiàn)。大部分車出現(xiàn)逐步批量縮小的態(tài)勢(shì)并闲，因?yàn)椴糠制噺S商無法預(yù)測(cè)和保證將來某一車型的銷量和穩(wěn)定的產(chǎn)量细睡，所以開始嘗試低成本的機(jī)器人激光柔性切割設(shè)備或生產(chǎn)線。這種趨勢(shì)從汽車備件市場(chǎng)開始焙蚓，不斷地向工程機(jī)械抠衬、客車、農(nóng)用車届辽、電動(dòng)車等領(lǐng)域拓展和普及锹肾。

適用于汽車行業(yè)的激光切割機(jī)器人

汽車行業(yè)使用了很多工業(yè)機(jī)器人郊啄，但在激光切割領(lǐng)域的應(yīng)用卻很少，問題存在于三個(gè)層面奥泛。一是汽車行業(yè)機(jī)器人應(yīng)用主要集中在精度要求低的點(diǎn)焊寄菲、弧焊、噴涂虫弓、搬運(yùn)等起胡，但激光切割往往要求很高的位置精度，且對(duì)小圓等小軌跡精度有很高的要求抛伏，比如直徑在5mm以內(nèi)的小圓孔的切割息沐，普通的機(jī)器人望塵莫及，切10mm的小圓也會(huì)出現(xiàn)橢圓等形狀;另一方面取決于機(jī)器人的效率鳍泥，一般機(jī)器人各個(gè)軸關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制速度比較慢盛惩，同時(shí)機(jī)器人手臂重量過大不適合高速運(yùn)動(dòng);第三方面是機(jī)器人的剛性，剛性差的機(jī)器人抖動(dòng)厲害鹃唯，機(jī)器人循跡性差爱榕，而且機(jī)器人變形厲害，無法準(zhǔn)確達(dá)到工件數(shù)模中需要切割的精確位置坡慌。因此黔酥，傳統(tǒng)汽車行業(yè)流行的機(jī)器人在激光切割方面被客戶質(zhì)疑也是可以理解的。

有著百年精密機(jī)械和高速運(yùn)動(dòng)控制經(jīng)驗(yàn)的史陶比爾公司洪橘，設(shè)計(jì)領(lǐng)域最寬的就是汽車行業(yè)跪者，針對(duì)汽車行業(yè)需求，史陶比爾在激光方面推行RX160L倒裝方式龍門結(jié)構(gòu)機(jī)器人柔性切割系統(tǒng)解決方案熄求，該系統(tǒng)從以下幾個(gè)方面有了突破：

1.大尺寸機(jī)器人寬幅面坑夯。采用RX160L機(jī)器人，2.05m的球型工作區(qū)域抡四，切割臺(tái)面寬度可以達(dá)到3m，超過昂貴的五軸機(jī)床的工作臺(tái)寬度仗谆，一般汽車零部件尺寸都在RX160L倒裝機(jī)器人工作區(qū)域內(nèi)指巡，有些大工件也可以通過移動(dòng)平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)。

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

3.機(jī)器人的機(jī)械精度差異颊嫁。機(jī)器人機(jī)械精度除了剛性差異外球灰，最重要的差異在于機(jī)械傳動(dòng)的誤差闹只，而機(jī)械傳動(dòng)的誤差主要體現(xiàn)在減速器上。一般機(jī)器人的減速系統(tǒng)都很龐大迂溉，而且都是采用普通減速器結(jié)構(gòu)羡逃，齒輪間隙大，無法滿足機(jī)器人柔性激光切割在汽車行業(yè)的需求狡舞。而史陶比爾采用的獨(dú)特專利減速系統(tǒng)JCS硬白，公司將一百多年在精密機(jī)械上的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)成功應(yīng)用于機(jī)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認(rèn)可的原因骇另。

將五軸機(jī)床技術(shù)成功移植到機(jī)器人

離線編程技術(shù)和自動(dòng)生成工裝夾具是機(jī)床行業(yè)得到推廣的關(guān)鍵技術(shù)之一畴栖，這些技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域的開發(fā)和成功應(yīng)用，使得機(jī)器人柔性激光切割解決方案和汽車行業(yè)應(yīng)用無縫鏈接八千。

傳統(tǒng)的機(jī)器人編程方式是在線示教編程吗讶，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，特別是汽車覆蓋件或者管件叼丑，需要切割的都是復(fù)雜空間曲線关翎，示教無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。機(jī)器人激光切割離線編程軟件的應(yīng)用使得編程時(shí)間大大縮短鸠信，而且不影響在線加工纵寝。

史陶比爾采用ROBOTMASTER軟件進(jìn)行STAUBLI RX160L機(jī)器人離線編程。ROBOTMASTER機(jī)器人離線軟件可以虛擬真實(shí)的切割環(huán)境星立，包括機(jī)器人爽茴、激光切割工具頭、工件及夾具绰垂。軟件可以快速設(shè)置和優(yōu)化最佳機(jī)器人切割姿態(tài)室奏，如果系統(tǒng)出現(xiàn)干涉或者超出范圍，軟件會(huì)智能提示劲装。機(jī)器人離線編程可以完全脫離實(shí)際機(jī)器人胧沫，生產(chǎn)和編程互不耽誤，最大程度提高生產(chǎn)效率卢女。

通過離線軟件還可以自動(dòng)生動(dòng)精密的工裝夾具智础。英國PEPS離線軟件是專門為全世界最精密的機(jī)器人STAUBLI定制開發(fā)的機(jī)器人激光切割離線編程軟件。它能夠提供自動(dòng)生成工裝夾具程序留绞，用戶可以根據(jù)工件三維數(shù)模來選擇工裝夾具并可進(jìn)行微調(diào)助安。設(shè)計(jì)好合適的夾具后系統(tǒng)自動(dòng)把夾具所需的板材合理布置在一個(gè)平板上，通過機(jī)器人可以直接切割出夾具所需要的板件哩啼，最后拼裝出合適的工裝夾具莽裤。

切割效率由方案及經(jīng)驗(yàn)決定

很多集成商選用不適合激光切割的普通機(jī)器人，效率低下且效果差馒易，影響了汽車行業(yè)用戶對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的認(rèn)知店烛，否定了機(jī)器人方案谢奕。史陶比爾則認(rèn)為，優(yōu)秀的集成商會(huì)選用高精度的機(jī)器人并將其整合到精密的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中茎贩，根據(jù)不同的用戶產(chǎn)品由基本型演化成不同的機(jī)器人柔性切割方案第勉，可以采用單機(jī)、雙機(jī)或多機(jī)和平臺(tái)數(shù)量之間進(jìn)行組合锅锨。

集成商集成能力高低決定最終切割效果和效率叽赊。德國JENOPTIK是史陶比爾的激光應(yīng)用集成商，采用史陶比爾定制開發(fā)的TX90激光切割專用機(jī)器人必搞、定制輕型切割頭和獨(dú)有的BIM(Beam-In-Motion)技術(shù)必指。該設(shè)備的小孔定位精度能達(dá)到± 50μm，直線速度>12m/min恕洲。 如果產(chǎn)品產(chǎn)量比較高塔橡，JENOPTIK公司可以提供雙機(jī)器設(shè)備或者多機(jī)器人解決方案。

本地一些技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)的激光切割系統(tǒng)集成商也在不斷提高對(duì)機(jī)器人激光切割認(rèn)識(shí)并不斷提高集成能力霜第。深圳大族激光在汽車行業(yè)應(yīng)用的機(jī)器人激光切割解決方案中就選用了史陶比爾的機(jī)器人產(chǎn)品葛家，這個(gè)系統(tǒng)包含兩個(gè)移動(dòng)工作平臺(tái)，機(jī)器人在兩個(gè)平臺(tái)上的工件間切換泌类，非工作的移動(dòng)平臺(tái)推出來進(jìn)行上料癞谒。這套系統(tǒng)的客戶是一個(gè)客車制造廠，車廠設(shè)備負(fù)責(zé)人對(duì)此非常滿意刃榨，不僅切割效果好弹砚，而且效率高，雙工位平臺(tái)不會(huì)浪費(fèi)上料的時(shí)間寺斟，目前這個(gè)客戶已經(jīng)購買近十臺(tái)史陶比爾機(jī)器人設(shè)備虫棚。而且他們計(jì)劃重新設(shè)計(jì)一條沖壓線，用機(jī)器人柔性生產(chǎn)線來取代一條模具沖壓線溪胖，包括過程中的物料轉(zhuǎn)移也是通過機(jī)器人來完成黔琢，這條線的機(jī)器人用量可能會(huì)高達(dá)幾十臺(tái)。使用機(jī)器人不僅節(jié)省了成本肤不，而且提高自動(dòng)化水平坯公，整個(gè)過程不需要人工干預(yù)。

國內(nèi)的各種車廠要初步接受機(jī)器人柔性激光切割方式還需要一定的時(shí)間失臂，集成商需要進(jìn)一步提高機(jī)器人集成能力，提高系統(tǒng)精度和速度镇锣，特別是系統(tǒng)的安全权洼、穩(wěn)定性，讓汽車行業(yè)用戶逐步開始批量采用機(jī)器人柔性激光切割解決方案一宁。

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