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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(lái)源：長(zhǎng)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(duì)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(shì)，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(chǎng)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(guó)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(kāi)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(lái)的無(wú)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(chǎng)地砂輪粉塵等環(huán)境污染問(wèn)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(chǎng)應(yīng)用前景和潛在市場(chǎng)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(wèn)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(wú)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(lái)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(guò)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(duì)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(jué)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(jiàn)圖4）。

4. 結(jié)語(yǔ)

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