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機(jī)器人激光切割技術(shù)在軌道車輛制造中的應(yīng)用

2017-7-10 來源：長春軌道客車股份有限公司作者：韓鋒劉慶祝高秀芹

1. 概述

隨著對軌道車輛質(zhì)量要求的不斷提高，三維激光切割技術(shù)作為一種重要的加工手段，近幾年在軌道車輛制造中獲得應(yīng)用。機(jī)器人激光切割技術(shù)具有精度高、柔性強(qiáng)、加工范圍廣等優(yōu)勢，可用于各種三維沖壓件的切割加工。

2 . 在軌道車輛制造中機(jī)器人激光切割技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）機(jī)器人激光切割的優(yōu)點(diǎn)

機(jī)器人激光切割激作為一種柔性的三維板金加工技術(shù)，除具有激光切割的優(yōu)點(diǎn)外，還主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：①精度高。機(jī)器人激光切割激精度主要由激光切割精度和機(jī)械手運(yùn)動(dòng)精度決定。一般情況下，激光切割的光速定位精度在±0.03mm，切割面粗糙度12.5μm左右，切割的精度在0.1~0.3mm；而機(jī)械手的重復(fù)運(yùn)動(dòng)精度一般情況下為0.1~0.2m m，因此, 機(jī)器人激光切割激精度在±(0.2~0.5)mm。

②柔性強(qiáng)。機(jī)器人激光切割具有三維和二維激光切割的功能，可以進(jìn)行二、三維切割。同時(shí)，可以進(jìn)行碳鋼、不銹鋼和鋁合金等金屬板材的加工，切割軌跡采用程序控制，因此可以進(jìn)行多種產(chǎn)品的加工，具有較強(qiáng)的柔性。③加工范圍廣，可以完成復(fù)雜工件的加工。由機(jī)器人的允許軌跡再附加機(jī)器人軌道運(yùn)動(dòng)和工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成復(fù)雜的空間運(yùn)動(dòng)，因此空間方位和可達(dá)的范圍廣，可以加工各種復(fù)雜的三維工件。由于上述優(yōu)點(diǎn)，機(jī)器人激光切割技術(shù)在軌道客車和其他行業(yè)中獲得應(yīng)用，大大提高了車輛制造質(zhì)量，市場前景廣闊。

（2）在軌道車輛制造中機(jī)器人激光切割技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

目前在軌道交通車輛制造中，雖然國內(nèi)外的軌道車輛制造廠家廣泛采用了激光加工和機(jī)器人技術(shù)，但機(jī)器人激光切割技術(shù)的應(yīng)用卻處于開始階段。主要用于不銹鋼、碳鋼及鋁合金等金屬板料三維沖壓件的切割加工，例如各種車頂彎梁、側(cè)墻立柱等零件的三維切頭和孔加工。由于采用機(jī)器人激光切割技術(shù)，代替了原來的無齒鋸切割之后再用手工等離子切割三維形狀的落后工藝，提高了工件的切割精度和質(zhì)量，解決了工作場地砂輪粉塵等環(huán)境污染問題，改善了勞動(dòng)環(huán)境，推動(dòng)了切割技術(shù)的進(jìn)步，具有較大的市場應(yīng)用前景和潛在市場需求。機(jī)器人激光切割設(shè)備加工的產(chǎn)品示例如圖1所示。

3. 機(jī)器人激光切割技術(shù)

機(jī)器人激光切割技術(shù)涉及機(jī)器人技術(shù)和激光切割技術(shù)，在軌道交通車輛制造中應(yīng)用該技術(shù)和

圖1 機(jī)器人激光切割設(shè)備加工的產(chǎn)品示例

設(shè)備，除考慮產(chǎn)品特點(diǎn)、產(chǎn)能和激光設(shè)備及機(jī)器人設(shè)備的技術(shù)要求外，主要應(yīng)解決以下幾方面的技術(shù)問題。

（1）選擇合適的機(jī)器人和激光器

一般根據(jù)產(chǎn)品的形狀、尺寸和機(jī)器人的性能選擇合適的機(jī)器人規(guī)格，以滿足切割軌跡的需要。當(dāng)機(jī)器人軌跡受限，無法滿足切割需要時(shí)，可以增加機(jī)器人的軌道運(yùn)動(dòng)和工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。激光器的選擇主要根據(jù)切割的材料、切割速度要求及切割成本等因素綜合考慮。機(jī)器人激光焊切割設(shè)備與切割機(jī)器人分別如圖2、圖3所示。

（ 2 ）隨動(dòng)三維激光割頭

由于切割加工的產(chǎn)品種類多，形狀復(fù)雜，切割的速度較快，因此必須采用隨動(dòng)三維激光割頭，防止切割過程中碰撞。

（3）切割空間的封閉及除塵

由于切割軌跡是空間的，割嘴朝向是多方位的，因此切割時(shí)產(chǎn)生的煙塵和熔渣會(huì)沿各方位散落，為防止環(huán)境污染，切割空間必須封閉，同時(shí)在割頭處或上部設(shè)置排煙除塵系統(tǒng)。

（4）交換工作臺(tái)

為提高設(shè)備利用效率和生產(chǎn)效率，工作臺(tái)應(yīng)采用交換式，實(shí)現(xiàn)一邊上料一邊切割工作。工作臺(tái)交換的方式因需求而異，一般常用的有水平旋轉(zhuǎn)和垂直旋轉(zhuǎn)兩種方式。

（5）編程系統(tǒng)

編程系統(tǒng)必須便于編程和程序處理，能夠進(jìn)行離線編程和示教編程。必須有軌跡碰撞模擬系統(tǒng)，防止機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生碰撞。

（6）切割狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示系統(tǒng)

由于切割是在封閉的空間進(jìn)行，必須安裝切割狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示系統(tǒng)，對切割的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)防止人直接查看產(chǎn)生光線視覺損傷。

（ 7 ）切割廢料的出料

可以采用人工或自動(dòng)出料，如傳送帶、料箱出料等。

（ 8 ）安全光柵保護(hù)系統(tǒng)

在設(shè)備的工作區(qū)域內(nèi)應(yīng)設(shè)置光柵保護(hù)系統(tǒng)，防止人身傷害和碰撞。一般設(shè)置在工作臺(tái)前的上、下料操作區(qū)域。（9）切割定位工裝根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和切割部位細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)合理的切割定位工裝，保證切割質(zhì)量。工裝要有型面定位、快速夾緊裝置等機(jī)構(gòu)（見圖4）。

4. 結(jié)語

機(jī)器人激光切割技術(shù)是機(jī)器人和激光切割技術(shù)的集成，隨著軌道車輛制造技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)器人激光切割技術(shù)作為軌道車輛制造的一種重要技術(shù)將會(huì)獲得