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機器人激光（guāng）切割技術在軌道車（chē）輛製造中的應用

2016-11-22 來源：轉載作者：韓（hán）鋒劉慶祝高秀芹

1. 概述

隨著對軌道車輛質量要求的不斷（duàn）提高，三維（wéi）激光切割（gē）技（jì）術作為一種重要的加工手（shǒu）段，近幾年在軌道車輛製造中獲得（dé）應用。機器人激光切（qiē）割技術具有精度高（gāo）、柔性強、加工範圍廣等優勢，可用於各（gè）種三維衝壓件的切割加工。

2. 在（zài）軌道車（chē）輛製造（zào）中機器人激光切割技術應用現狀

（1）機器人激光（guāng）切割的優點（diǎn）機器人激光切割激作為一種柔性的三維板金加工技術，除具有激（jī）光切割的優點外，還主（zhǔ）要具有以下優點：①精度高。機器人激光切割激精度主（zhǔ）要由激光切割（gē）精度和機械手運（yùn）動（dòng）精度決定。一（yī）般情況下，激光切割的光速定位精度在±0.03mm，切割麵粗糙度12.5μm左右，切割的精度在0.1~0.3mm；而機（jī）械手的重複運動精度一般情況下為0.1~0.2mm，因此, 機器人（rén）激光切割激精度（dù）在（zài）±(0.2~0.5)mm。②柔性強。機器人激光切割具有三維和二維激光切割的功能，可以進行二（èr）、三維切割。同時，可以進行碳鋼、不鏽鋼和鋁合金等金屬板材的（de）加工，切割軌跡采用程序控製，因此可（kě）以進行多種產品的加工，具有較強的柔性。③加工（gōng）範圍廣，可以完成複雜工件（jiàn）的加工（gōng）。由機器人的允許軌跡再附（fù）加機器人軌道運動和工作台運動，構成複雜的空間（jiān）運動，因此空間方位和可達的範圍廣，可以加工各種複雜的三維工件。

由於上述優（yōu）點，機器人激光切割技術（shù）在軌（guǐ）道（dào）客車和其他行業中獲得應用，大大提高（gāo）了車輛製造質量，市場前景廣闊。

（2）在軌道車輛製造（zào）中（zhōng）機器人激光切割技術應用現狀目前在軌道交通車輛製造中，雖然國內外（wài）的軌道（dào）車輛製造廠（chǎng）家廣泛采（cǎi）用了激光加工和機（jī）器人（rén）技術，但（dàn）機器人激（jī）光切割技術的應用卻處於開始階段。主要用於不鏽鋼、碳鋼（gāng）及鋁合金等金（jīn）屬板料三維（wéi）衝壓件的切割加工，例如各種車頂彎梁、側牆立柱等零件的三維切頭和孔加工。由（yóu）於采用機器（qì）人激光切割技術，代替了原來的無齒（chǐ）鋸切割之後再用手工等離子切割三維形狀的落後工（gōng）藝，提高了（le）工件的切割精（jīng）度和質量，解決了工作場（chǎng）地砂輪粉（fěn）塵等環境（jìng）汙（wū）染問題，改善了勞動環境，推動（dòng）了切（qiē）割技（jì）術的進步，具有較大的市場應用前景和潛在市場需（xū）求。機器人激光切割設備加工的產品示（shì）例（lì）如圖1所示。

3. 機器人激光切割技術（shù）

機器人激光切割技術涉及機器人（rén）技術和（hé）激光切割技術，在軌道交通車輛製造中應用該技術和設備，除考慮產品特點、產（chǎn）能和激光設備及機器人（rén）設備的技術要求外，主（zhǔ）要應解決以下幾方麵的技術問題。

圖1 機器人激光切（qiē）割設備加工的產品示例（lì）

（1）選擇合適的機器人和激光器（qì）一般根據（jù）產（chǎn）品的形狀、尺寸和（hé）機器人的性能選擇合（hé）適的機器人規格，以滿足切割軌跡的需要。當機器人軌跡受限，無法滿足切割需要（yào）時，可以增（zēng）加機器人的軌道運動和工作台運動來實現。激光器的選擇主要根據切割的材料、切割速度要求（qiú）及切割（gē）成本（běn）等因素綜合考慮（lǜ）。機器人激光（guāng）焊切割設備（bèi）與切割機器人（rén）分別如圖2、圖（tú）3所示。

圖2 機器人激光切割設備（bèi）

圖3 切割機器（qì）人

（ 2 ）隨動（dòng）三維激光割頭由於切割加工的產品種類多，形狀（zhuàng）複雜，切割的速度較快，因此必須采用隨（suí）動三維激光割頭，防止切割過程中碰撞。

（3）切割空（kōng）間的（de）封閉及除塵由於切割（gē）軌跡是空間的，割（gē）嘴朝向是多（duō）方位（wèi）的，因此切（qiē）割時產生的煙塵和熔渣會沿各方位散落，為防止環境汙染，切（qiē）割空間必須封閉，同時在割頭處或上部設置排煙除塵係統。

（4）交（jiāo）換工作台為提高設備利用效（xiào）率和生（shēng）產效率，工作台應采用交換式，實現一（yī）邊上料一邊切割工作。工作台交（jiāo）換的方式因需求而異，一般常用的有水平旋轉和垂直旋轉兩種方式。

（5）編程係統編程（chéng）係統必須便於編程和程序處理，能夠進行離線編程和示（shì）教編程。必須有（yǒu）軌跡碰撞模擬（nǐ）係統（tǒng），防止機器人運動時發生碰撞。

（6）切割狀（zhuàng）態的實時監控顯示（shì）係（xì）統（tǒng）由於切割是在封閉（bì）的空間進行，必須安裝切割狀態（tài）的實時（shí）監控顯示係（xì）統，對切割的狀態進行實時監控，同時防止人直（zhí）接查看產生光線視覺損傷（shāng）。

（ 7 ）切割廢料的出料可以采用（yòng）人工或自動出料，如傳送帶、料（liào）箱出料等。

（ 8 ）安全光柵保護係統在設備的工作區域內應設置光柵保護係統，防止人身傷害和碰撞。一般設置在工作台前的上（shàng）、下料操作區域。

（9）切割定位工裝根據產品結構和切割部（bù）位細節設計合理的切割定位（wèi）工裝，保證切割質量。工裝要（yào）有型麵定位（wèi）、快速夾緊裝置等機構（見（jiàn）圖4）。

圖4 工件在（zài）切割（gē）定位工裝上的定位夾（jiá）緊

4. 結語

機器人激光切割技術（shù）是機器人和（hé）激光切割技術的集成，隨著軌道車輛製（zhì）造（zào）技術的飛速發展，機器人激光切割技術作為軌道車輛製造的一種重要技術將會獲得更（gèng）大的需（xū）求和應用，對提高車（chē）輛的製造質（zhì）量、製造水平將起到較大促進作用，同時，機器人激光切割（gē）技術也（yě）將取得快速的發展。

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