激光加工机器人加速钣金车间生产加工自动化

激光加工机器人加速钣金车间生产加工自动化

：几乎在激光诞生的同时，1962年美国Unimation公司推出首台工业机器人。此后，机器人技术经历了一系列不断的发展过程。直到20世纪90年代全球信息化浪潮风起云涌，计算机技术、微电子技术、网络技术和先进制造技术等快速进步，工业机器人技术也得到了飞速发展。它具有重复性精确生产特征，适应制造业中规模化批量生产要求，装配在生产线上代替人工作业，不仅解除了工人的繁复劳动，而且提高了生产质量。它可以流动作业，适应个性化生产需求。目前工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备而广泛应用于工业界，国内外形成了一批著名的工业机器人公司。

近年来激光技术飞速发展，涌现出可与机器人柔性耦合的光纤传输的高功率工业型激光器。先进制造领域在智能化、自动化和信息化技术方面的不断进步促进了机器人技术与激光技术的结合，特别是汽车产业的发展需求，带动了激光加工机器人产业的形成与发展。从20世纪90年代开始，德国、美国、日本等发达国家投入大量人力物力进行研发激光加工机器人。进入2000年，德国KUKA，瑞士的ABB，日本FANUC等机器人公司均研制激光焊接机器人和激光切割机器人的系列产品。目前在国内外汽车产业中，激光焊接机器人和激光切割机器人已成为最先进的制造技术，获得了广泛应用。德国大众汽车、美国通用汽车、日本丰田汽车等汽车装配生产线上，已大量采用激光焊接机器人代替传统的电阻点焊设备，不仅提高了产品质量和档次，而且减轻了汽车车身重量，节约了大量材料，使企业获得很高的经济效益，提高了企业市场竞争能力。在中国，一汽大众、上海大众汽车公司也引进了激光机器人焊接生产线。目前有沈阳新松机器人公司涉足激光切割和焊接机器人制造领域。

随着激光直接制造和再制造技术的发展，面对航空航天、冶金、汽车等行业快速原形和快速制造的需求，从2002年起，国际上开始研发激光熔覆机器人。我国是世界上最大的发展中国家，拥有千万套国产大型贵重装备和进口高精尖的昂贵设备，现场快速修复有广阔的市场需求。天津工业大学在天津市科技支撑计划和国家自然科学基金资助下，开展了激光再制造机器人的研究。

钣金车间传统的加工方式是采用剪板、冲裁和折弯的工艺流程。其中冲裁工艺流程需要大量的模具，而在钣金车间中的冲裁具有少切削及无切削的工艺特征，十分重要。这样在一个产品加工完成之中一般会需要配备几十套，有的产品可能会需要上百套的模具。时间上模具本身需要一定的设计和制造周期，而产品还要有一定的试制周期，这样就造成耽误了大量的时间，从经济角度来说，配备大量的模具，产品的成本就很相应的提高，造成成本的浪费。所以在整个市场竞争激烈的环境下，就急需一种新的加工方法取而代之。

综合上述的原因，激光加工技术便在钣金车间中应运而生，激光加工技术的最大特点是无需模具便可加工，采用激光加工落料省去了大量模具的使用，而且激光加工机器人的加入使得车间生产进入自动化，使生产时间和产品成本缩短降低，更好的在市场中取的优势，非常有利于多种类小批量的产品生产，及之后的大批量的产品生产。

激光加工技术的特点及优点

钣金车间激光本身属于高亮度、方向性准确、激光束单色性和平行性的相干光源，并且能量密度非常高。当聚焦的激光束可以在所照射的材料上产生高温。在上万度高温的作用下，无论材料多么坚硬都会瞬间熔化并蒸发，同时产生冲击波，使材料熔化去除。在激光材料加工过程中，本质上造成局部受热熔化形成汽化材料。

钣金车间激光加工技术可以加工用传统方法难以实现的零件加工。比如对于箱体较大的钢件，需要加工许多不同大小的孔，这是传统的加工方法不能做到，而激光加工技术就能够实现这些要求，子锐机器人，即使加工相同的零件，激光加工技术也具有准确性高和时间短的有点，这样产品就具有较强的市场竞争力。

钣金车间激光加工在二维平面中具有较强的柔性，使用激光切割机时，工件不动切割机割头处于移动状态，不会造成加工死角，使加工材料的利用率相应提高，还可以省去设备的微连接，使得激光加工设备更加简洁。激光加工设备的计算机控制系统整体控制，不用单独控制零件、设置模具和设计加工路线，就可以进行相应的加工。所以激光加工技术的工艺工序准备时间可以大幅的降低。激光加工设备加工速度快，缩短了加工时间，提高了生产效率。

采用激光加工技术的钣金车间

钣金车间加工部件的加工步骤为：产品前期试验、产品加工试制和产品批量的生产。在产品加工试制步骤时，应及时与顾客沟通联系，得到相应加工的评价之后，再进行产品批量的生产。

钣金车间应与顾客及时沟通商量，确定的内容包括产品要求的技术目标，技术保密内容的合同，对产品专利、设计方案及纸的管理，对相关技术的处理和产品交付的具体期限。并相应的制定合同，明确技术权限和各自权利。钣金车间在加工的过程中要对顾客的技术内容进行保密，使其产品不会受到侵权损害。

当接到批量试制或生产的委托后，技术人员应按合同要求的标准进行加工。要保证钣金车间的技术人员的职业素质，应以快捷的工作作风完成工作，使顾客满意。

钣金车间的技术人员应熟悉激光加工设备的特点，了解激光加工设备的状态，机器人维修，做好设备保养，是设备在最佳状态下进行，在激光加工过程中应及时的进行目视检查，包括宏观观察和微观观察等，并对激光切割的截面形状进行观察，做好相应的信息记录。在激光加工中心的激光发生器、激光切割区、计算机控制区、原材料的上料区、成品的下料区和材料转换装置工作区中，在原材料的上料区和成品的下料区需要安排技术人员操作，其他的工作区可采用计算机自动控制，实现自动化。

钣金车间的激光加工技术

钣金车间激光切割采用CO2激光或YAC激光器，进行二维和三维的切割加工，具有切割精度高的特点。激光源功率大小不等，从5W到90kW均有系列的产品，钣金件的激光切割主要是采用100W～1500W的功率激光。当激光源的输出功率小于1500W时，激光源为单模振荡模式，可进行0.2mm宽度的切割，该以功率切割之后干净平整；当激光源的输出功率大于1500w时，激光源为多模振荡模式，可进行1mm宽度的切割，但该以功率切割之后会有少量的污物。

对厚板切割时需采用辅助气体配合，辅助气体包括空气、氧气和氮气等，其中氮气可以在切割过程中防止切面的氧化，氧气适用于厚度较大板的高速切割情况。钣金车间激光切割可采用CAD或CAM技术，为加工工件模型和激光器提供加工信息和加工参数，可快速高精度的完成生产，实现自动化的切割。激光切割尤需重更换模具，可以实现生产准备周期缩短，生产成本降低的效果。

钣金车间激光加工技术作为一种新工艺，是现代科学发展的产物，激光切割技术、激光焊接技术、激光打孔技术和激光成形技术在钣金车闯生产加工中还需要技术人员熟练操纵。

编者语