創(chuàng)新機(jī)器人熱成形件激光切割解決方案
2018-9-27 來(lái)源：- 作者：曾志青
作者 ：曾志青，史陶比爾工業(yè)機(jī)器人事業(yè)部中國(guó)區(qū)銷售經(jīng)理。
隨著機(jī)器人精密軌跡控制技術(shù)與激光技術(shù)的不斷發(fā)展，在激光領(lǐng)域切割、熔覆、焊接等應(yīng)用中使用機(jī)器人柔性自動(dòng)化解決方案已成為金屬加工的重要手段。
作為機(jī)器人激光應(yīng)用的領(lǐng)先者，史陶比爾推出創(chuàng)新雙機(jī)器人熱成形件激光切割系統(tǒng)，達(dá)到精度、效率、成本結(jié)合的最佳效果。熱成形件柔性加工：汽車制造新挑戰(zhàn)近來(lái)汽車市場(chǎng)對(duì)安全性和輕量化的需求日益突出，超高強(qiáng)度的熱成形件由于其高強(qiáng)度輕質(zhì)量的特點(diǎn)被大量使用。采用熱沖壓成形技術(shù)得到?jīng)_壓件強(qiáng)度可高達(dá)1500MPa，且在高溫下成形幾乎沒(méi)有回彈。憑借其成形精度高、成形性好及質(zhì)量輕的顯著優(yōu)點(diǎn)被汽車制造領(lǐng)域大量使用，廣泛用于車門防撞橫梁、前后保險(xiǎn)杠等安全件以及A柱、B柱、C柱及中通等車體結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)。
然而，超高強(qiáng)度輕質(zhì)量的熱沖壓件也給汽車制造帶來(lái)新的困難。在熱成形件的生產(chǎn)工藝中，熱成形件經(jīng)過(guò)沖壓后從模具中取出后，還需要對(duì)其進(jìn)行后續(xù)處理，如利用酸洗或噴丸的方式去除零件表面的氧化皮，以及對(duì)零件進(jìn)行切邊和鉆孔。由于熱沖壓件的強(qiáng)度太高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)的平面機(jī)械切割工藝難以滿足，必須使用激光技術(shù)來(lái)完成。三維光纖激光切割工藝是目前解決此類問(wèn)題的一種重要方案。涉及熱沖壓業(yè)務(wù)的汽車零部件公司在激光設(shè)備方面有兩個(gè)基本選擇，五軸激光切割機(jī)床或六軸機(jī)器人激光切割系統(tǒng)。然而采用進(jìn)口五軸激光切割機(jī)床的成本居高不下，引發(fā)了市場(chǎng)對(duì)低成本的柔性切割設(shè)備或生產(chǎn)線產(chǎn)生的旺盛需求。
雙機(jī)器人系統(tǒng) ： 精度、效率、成本的最佳效果。
針對(duì)熱成形件加工難，成本高的特點(diǎn)，作為機(jī)器人激光應(yīng)用的領(lǐng)先者，史陶比爾機(jī)器人聯(lián)合本土系統(tǒng)集成商推出了雙機(jī)器人熱成形件三維激光切割系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）。
圖1 史陶比爾雙機(jī)器人熱成形件激光切割系統(tǒng)
采用標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器人本體，選用史陶比爾小型高速T X90X L機(jī)器人，通過(guò)集成商定制高速靈敏的輕型切割頭，同時(shí)借助史陶比爾開(kāi)放的軟件及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，結(jié)合雙機(jī)器人柔性生產(chǎn)組合解決方案來(lái)達(dá)到精度、效率、成本結(jié)合的最佳效果。作為史陶比爾機(jī)器人明星產(chǎn)品之一，TX90XL系列的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)密封、高速和極出色的運(yùn)動(dòng)軌跡，由于熱成形件的特殊需求才加入到激光切割的應(yīng)用領(lǐng)域。史陶比爾TX90XL六軸機(jī)器人僅重116kg，額定負(fù)載為5kg，具備1450mm的球形工作區(qū)域，如圖2所示。
圖2 史陶比爾TX90XL機(jī)器人
由于史陶比爾機(jī)械手臂的特殊機(jī)械結(jié)構(gòu)和減速器專利，確保了無(wú)可匹敵的軌跡控制精度和速度，同時(shí)最大程度地降低了機(jī)器人工作盲區(qū)，擴(kuò)大了有效加工空間；重復(fù)精度可達(dá)±0.04mm，前三軸的角速度為400 ° / s ，約為普通機(jī)器人速度（130°/s）的三倍。
雙機(jī)器人熱成形件激光解決方案通過(guò)實(shí)際加工測(cè)試，能達(dá)到略超過(guò)最新五軸高速激光切割床的加工效率，同時(shí)切割精度能達(dá)到熱成形件產(chǎn)品的需求，10m m小圓切割圓度精度誤差在0～0.1mm誤差以內(nèi)。與五軸機(jī)床同等外圍配置水平的雙機(jī)器人解決方案，整機(jī)成本遠(yuǎn)低于進(jìn)口高速五軸機(jī)床的價(jià)格，這讓行業(yè)用戶可以批量使用找到了最佳的解決方案，解決了成本的大問(wèn)題。在機(jī)器人和系統(tǒng)集成商共同努力下，精度和效率再一步提高，可以提升雙機(jī)器人熱成形件切割解決方案的競(jìng)爭(zhēng)力。
深度本土化集成激光切割行業(yè)高端核心技術(shù)通常由國(guó)外系統(tǒng)集成商掌握，本土集成商往往只能提供簡(jiǎn)單的集成工作。但在本次解決方案中，本土集成商通過(guò)努力實(shí)現(xiàn)了高水平的技術(shù)集成，緊湊的系統(tǒng)布局如圖3所示。
圖3 緊湊的系統(tǒng)布局
集成商采用特殊定制的切割頭及隨動(dòng)系統(tǒng)配合史陶比爾TX90XL機(jī)器人，避免了由于負(fù)載局限性和高速運(yùn)動(dòng)下形成的關(guān)節(jié)過(guò)載和系統(tǒng)抖動(dòng)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的激光和運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人手臂的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合。同時(shí)集成商對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行了深度定制。熱成形件對(duì)定位孔的要求非常高，標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器人在精度和速度的極限狀態(tài)下很難達(dá)到熱成形件苛刻的精度和速度要求的平衡，本土的集成商通過(guò)技術(shù)研究和對(duì)熱成形件切割的特性以及切割圖形的分析，得到最佳的切割速度和精度要求的結(jié)合。
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