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    機器人柔性激光切割的方式多種多樣，既可以做成單機器人切割平臺，又可以組合成柔性加工生產線。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車體結構件和覆蓋件，包括熱成型件等;另外一種是管狀金屬結構件，包括排氣管、交叉梁等。覆蓋件傳統(tǒng)的生產方式是通過開模具沖壓，然后再進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床來完成。正因為高昂的設備成本，所以只有某些合資品牌的汽車廠商才有能力采購進口五軸機床。 

    新形勢下，汽車使用者的需求正變得多樣化和個性化，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，因為部分汽車廠商無法預測和保證將來某一車型的銷量和穩(wěn)定的產量，所以開始嘗試低成本的機器人激光柔性切割設備或生產線。這種趨勢從汽車備件市場開始，不斷地向工程機械、客車、農用車、電動車等領域拓展和普及。 

 

    適用于汽車行業(yè)的激光切割機器人 

    汽車行業(yè)使用了很多工業(yè)機器人，但在激光切割領域的應用卻很少，問題存在于三個層面。一是汽車行業(yè)機器人應用主要集中在精度要求低的點焊、弧焊、噴涂、搬運等，但激光切割往往要求很高的位置精度，且對小圓等小軌跡精度有很高的要求，比如直徑在5mm以內的小圓孔的切割，普通的機器人望塵莫及，切10mm的小圓也會出現(xiàn)橢圓等形狀;另一方面取決于機器人的效率，一般機器人各個軸關節(jié)運動控制速度比較慢，同時機器人手臂重量過大不適合高速運動;第三方面是機器人的剛性，剛性差的機器人抖動厲害，機器人循跡性差，而且機器人變形厲害，無法準確達到工件數(shù)模中需要切割的精確位置。因此，傳統(tǒng)汽車行業(yè)流行的機器人在激光切割方面被客戶質疑也是可以理解的。 

    有著百年精密機械和高速運動控制經驗的史陶比爾公司，設計領域最寬的就是汽車行業(yè)，針對汽車行業(yè)需求，史陶比爾在激光方面推行RX160L倒裝方式龍門結構機器人柔性切割系統(tǒng)解決方案，該系統(tǒng)從以下幾個方面有了突破： 

    1.大尺寸機器人寬幅面。采用RX160L機器人，2.05m的球型工作區(qū)域，切割臺面寬度可以達到3m，超過昂貴的五軸機床的工作臺寬度，一般汽車零部件尺寸都在RX160L倒裝機器人工作區(qū)域內，有些大工件也可以通過移動平臺來實現(xiàn)。 

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

    3.機器人的機械精度差異。機器人機械精度除了剛性差異外，最重要的差異在于機械傳動的誤差，而機械傳動的誤差主要體現(xiàn)在減速器上。一般機器人的減速系統(tǒng)都很龐大，而且都是采用普通減速器結構，齒輪間隙大，無法滿足機器人柔性激光切割在汽車行業(yè)的需求。而史陶比爾采用的獨特專利減速系統(tǒng)JCS，公司將一百多年在精密機械上的經驗技術成功應用于機器人上。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可的原因。

將五軸機床技術成功移植到機器人 

    離線編程技術和自動生成工裝夾具是機床行業(yè)得到推廣的關鍵技術之一，這些技術在機器人領域的開發(fā)和成功應用，使得機器人柔性激光切割解決方案和汽車行業(yè)應用無縫鏈接。 

    傳統(tǒng)的機器人編程方式是在線示教編程，費時費力，特別是汽車覆蓋件或者管件，需要切割的都是復雜空間曲線，示教無法達到設計要求。機器人激光切割離線編程軟件的應用使得編程時間大大縮短，而且不影響在線加工。 

     史陶比爾采用ROBOTMASTER軟件進行STAUBLI RX160L機器人離線編程。ROBOTMASTER機器人離線軟件可以虛擬真實的切割環(huán)境，包括機器人、激光切割工具頭、工件及夾具。軟件可以快速設置和優(yōu)化最佳機器人切割姿態(tài)，如果系統(tǒng)出現(xiàn)干涉或者超出范圍，軟件會智能提示。機器人離線編程可以完全脫離實際機器人，生產和編程互不耽誤，最大程度提高生產效率。 

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

 

    切割效率由方案及經驗決定 

    很多集成商選用不適合激光切割的普通機器人，效率低下且效果差，影響了汽車行業(yè)用戶對這個領域的認知，否定了機器人方案。史陶比爾則認為，優(yōu)秀的集成商會選用高精度的機器人并將其整合到精密的系統(tǒng)結構中，根據(jù)不同的用戶產品由基本型演化成不同的機器人柔性切割方案，可以采用單機、雙機或多機和平臺數(shù)量之間進行組合。 

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

    本地一些技術實力較強的激光切割系統(tǒng)集成商也在不斷提高對機器人激光切割認識并不斷提高集成能力。深圳大族激光在汽車行業(yè)應用的機器人激光切割解決方案中就選用了史陶比爾的機器人產品，這個系統(tǒng)包含兩個移動工作平臺，機器人在兩個平臺上的工件間切換，非工作的移動平臺推出來進行上料。這套系統(tǒng)的客戶是一個客車制造廠，車廠設備負責人對此非常滿意，不僅切割效果好，而且效率高，雙工位平臺不會浪費上料的時間，目前這個客戶已經購買近十臺史陶比爾機器人設備。而且他們計劃重新設計一條沖壓線，用機器人柔性生產線來取代一條模具沖壓線，包括過程中的物料轉移也是通過機器人來完成，這條線的機器人用量可能會高達幾十臺。使用機器人不僅節(jié)省了成本，而且提高自動化水平，整個過程不需要人工干預。 

    國內的各種車廠要初步接受機器人柔性激光切割方式還需要一定的時間，集成商需要進一步提高機器人集成能力，提高系統(tǒng)精度和速度，特別是系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定性，讓汽車行業(yè)用戶逐步開始批量采用機器人柔性激光切割解決方案。

作者：史陶比爾