三維激光加工技術的應用

來源:榮格國際工業激光商情    關鍵詞:三維激光加工, 激光技術,    發布時間:2019-07-29

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三維激光加工技術是激光智能化加工的趨勢,它結合新一代光纖激光技術和各類六軸或七軸機器人技術,實現了三維空間高速且高精度的切割和焊接加工。據有關資料統計,在歐美工業發達國家的生產制造業中,有 50%-70% 的零部件均采用三維激光加工技術進行加工制作。

三維激光加工設備一直被國外廠家壟斷,盡管產品過硬,高昂的銷售價格和后期維護成本始終讓國內工廠望而卻步。面對全球三維激光設備龐大的市場需求,大族松谷激光投入重兵重金積極研發,并取得了突破性進展,截至目前, 高效率、高精度、多功能和高適應性的大族松谷三維機器人光纖激光切割系列和焊接系列已批量推向全球市場。大族松谷激光智能加工設備能對不同厚度的金屬板材進行多角度、多方位柔性智能化加工,滿足了航空航天、汽車輪船、機械制造、電梯制造、廣告制作、家用電器制造、醫療器械、五金、 裝飾、金屬對外加工服務等各種制造行業的金屬切割和焊接需求。其中,汽車生產制造業是三維激光切割和焊接技術應用最為廣泛的領域之一。

一、三維激光切割技術

三維激光切割加工范圍廣,適用于對不銹鋼、碳鋼、合金鋼、硅鋼、鍍鋅鋼板、鎳鈦合金、鉻鎳鐵合金、鋁、鋁合金、 鈦合金、銅等金屬材料的切割加工,覆蓋整個金屬材料工業應用領域,被廣泛使用在模具試制,成型件小批量生產方面。在無模化加工,各項消耗成本,快速響應市場,智能化生產和安全環保等方面都更具優勢。

HyRobot C20 ( 出口型 ) 三維機器人激光切割系統

1、無模化加工

在產品改制和沖壓模具改型的過程中,將原有模具進行拉深后,利用三維激光切割技術加工孔位和切邊,極大地縮短了試模周期。目前三維激光切割有取代修邊模、沖孔模的趨勢。如在汽車輕量化過程中,較薄的高強度鋼板被使用, 特別是對于強度高達 1500 MPa 的鋼板,由于強度較高,在加工這些高硬度的材料時,傳統設備的沖模或者刀具的使用壽命會大大縮短,而激光切割就不必考慮這些問題。此外像汽車零部件中的非平面零件都需要采用三維激光切割來完成,非三維的平面切割方式無法做到。

在三維加工方面,大族松谷激光研發的 HyRobot C20 三維機器人光纖激光切割系列代替了傳統昂貴的五軸機床實現了三維立體激光切割,采用高精度的 Staubli 機器人, 全鋁合金手臂,重量輕,獨特的吊裝配重裝置工作范圍大, 保證任何姿態下都能加工。機器人機械臂展達 2.01m,切割臺面寬度可以達 2m,超過昂貴的六軸機床工作臺寬度,一般尺寸的成型件可在切割工作臺工作區域內加工,有些大工型鈑金成型件也可以通過移動平臺來實現。不僅縮短了樣品生產及安裝周期,提高了更換產品的靈活性,同時也滿足了汽車非平面零部件機蓋、后蓋箱、水箱架、保險杠、葉子板、車門等鈑金覆蓋件和元寶梁、控制臂、后橋等底盤件的三維切割、修邊以及沖孔等需求。

2、各項消耗成本更低

相比傳統的三維切割系統,采用三維工業機器人與光纖激光切割器的組合,大大降低了三維切割系統的成本造價, 減少了系統的占地面積;光纖激光器采用半導體模塊化和冗余設計,諧振腔內無光學鏡片,不需要啟動時間,具有免調節、免維護、高穩定性的優點,降低了配件成本和維護的時間;同時,光纖激光的電光轉化效率高,轉換效率達 25% 以上,是同等功率 CO2 激光器的 2-3 倍,產生的加工廢料更少,在金屬板材的切割過程中優勢尤為突出,降低了整個加工時間成本,提高了生產效率。

光纖激光是目前最新的激光技術之一,在激光器方面,大族松谷的 HyRobot C20 三維機器人光纖激光切割機采用了德國原裝進口光纖激光器,它具有散熱面積大、光束質量好、 體積小巧等優點,相比傳統激光,光纖激光具有更好的切割質量, 更低的系統造價,更長的使用壽命和更低的維護費用,更低的耗電。同時,搭載德國原裝智能隨動三維激光切割頭,避免用戶對熟練操作人員的過分依賴,減少了人力成本的支出。

3、快速響應市場

廠家開發模具的成本高昂,加之如今消費強調個性化, 產品更新換代周期逐漸變短,原來的模具化生產由于自身的局限——制作模具周期很長,已難以適應越來越快的產品更替。 在快速響應市場需求上,無疑利用三維激光切割、無模化的快速加工技術將贏得了巨大的競爭優勢。

4、智能自動化生產

先進三維機器人光纖激光切割與自動控制、網絡控制技術及計算機生產輔助管理系統技術的完美融合,代表著最先進的激光切割水平。目前三維激光切割正向著激光切割單元無人化、自動化方向發展。大族松谷激光的 HyRobot C20 三維機器人光纖激光切割機內置自主研發的專業激光切割機控制系統,電腦操作,加之內嵌了龐大工藝數據庫,使用方便, 更加智能,有效的降低了使用難度。加工路徑由程序控制, 如果加工對象發生變化,只須修改程序即可。同時配置界面友好的智能化手持操作終端,完全符合人機工程學的設計,全方位降低操作難度。

大族松谷激光HyRobot C20 雙機聯動機器人激光切割系統

配備遠程智能監控系統,使得 HyRobot C20 三維機器人光纖激光切割機顯得更加智能,更加強大,它可通過移動端、 PC 端對設備的運行狀態進行實時監控;支持光路自適應系統; 支持鏡片自動檢測;支持遠程協助處理設備故障功能;可最大限度地降低設備的故障率,降低設備的維修維護成本,提高設備的持續穩定性。用戶通過專業的數字控制系統,可以組織較大數量的三維激光切割單元(FMC)組成自動化生產線,真正實現對加工作業現場智能自動化和無人化的生產及管理。

5、安全環保

光纖激光切割的電光轉換效率高 , 加工廢料少,噪音低,清潔、安全、無污染,大大改善了工作環境,更節能環保。 大族松谷 HyRobot C20 三維機器人光纖激光切割機設計的全包圍外防護裝置,采用安全聯鎖設計,有效隔離加工區, 避免激光的輻射傷害,完全滿足最嚴苛的歐洲激光設備安全設計標準,最大限度地保障了設備操作者的人身安全。 再配上煙塵自動收集系統更加環保,真正實現安全與環保的雙重防護。

激光焊接與其他焊接方式對比

二、三維激光焊接技術

相比傳統焊接方式相比,激光焊接焊縫深寬比大,效率更高,無需增材,更為經濟,而且焊縫材料一致性高, 焊接質量強度高。

如今三維機器人與光纖激光焊接組合的方式在工業制造上的應用相當廣泛,在高端制造領域尤為突出。三維激光焊接具有穩定高質量、焊接速度快、多工位協作和安全性高等特點。

1、穩定高質量的焊接

焊接參數如焊接電流、電壓、焊接速度和干伸長量等對焊接結果有著決定作用。采用三維機器人焊接時,每條焊縫的焊接參數都是恒定的,焊縫質量受人為因素影響較小,降低了對工人操作技術的要求,因此焊接質量穩定。 而傳統的人工焊接方式,焊接速度、焊絲的干伸長量等都是變化的,很難做到質量的均一性。大族松谷激光 HyRobot W20 三維機器人光纖激光焊接機采用的是 Staubli 工業機器人,它定位精度高,加工穩定性高、范圍大,六軸聯動, 輕松實現三維件的焊接。

HyRobot W20 三維機器人光纖激光焊接機

與相比傳統焊接方式相比,光纖激光焊接不需要焊絲, 焊縫的形式和焊縫的長度可以自行定制,不改變材料的特性。大族松谷 HyRobot W20 三維機器人光纖激光焊接機配以激光器行業龍頭美國 IPG 公司的原裝進口激光器,使得優勢更加明顯,焊接更穩定,質量更高,整體外觀更平滑美觀,材料不產生翹曲。

2、焊接速度更快

光纖激光焊接的優勢之一就是熱能集中,熱影響區小。相比單焦點焊接,激光振鏡掃描焊接 (Laser Scanner Welding) 則提供了更高的焊接效率、更大的柔性以及更好經濟性,特別是對于某些部件需要很多短的搭接焊縫時更是如此。此類焊接頭能夠利用掃描振鏡將激光束定位在工件表面,兩片高速的掃描鏡片和一個直線軸來完成精確的定位, 并且移動激光束的焦點,在 3D 空間 200×300×200mm3 范圍內進行快速焊接。可實現多種三維成型件之間的搭焊、疊焊、點焊。同時控制軟件能使用戶遠程處理激光焊接進程。 例如:編輯加工序列、編輯加工要求、焊縫形狀、焊接速度、 激光功率、激光能量坡度等,及時觀察和優化激光狀態,編輯同步點和優化加工路徑。

特別是利用工業機器人搭載掃描振鏡,極大減少了焊接頭的移動定位時間,提高焊接效率。掃描振鏡與工件表面距離大,簡化了工裝治具結構。配備自動變位機組成多工位的焊接工作站,柔性更強,效率更高。

對未來車身結構的研究表明,掃描焊接系統相對于電阻點焊來說,可以降低30%的投資成本,減少50%的加工區域, 縮短 60% 的加工時間。加之機器人可以 24 小時連續作業,采用高速高效三維激光焊接技術進行焊接,加工效率提高得更為明顯。

3、多工位協同作業

針對單個三維激光焊接不能滿足生產的問題,還可設計三維光纖激光焊接多工位協同作業,配備自動變位機組成多工位的焊接工作站,輪流上下料,柔性更強,生產效率更高。 通過修改程序以適應不同工件的生產,從而實現小批量產品的焊接自動化。

HyRobot W20 雙工位機器人激光焊接系統

4、安全性更高

焊接會產生焊接弧光、炯霧和飛濺等,危害工人健康或安全,而大族松谷激光 HyRobot W20 三維機器人光纖激光焊接機配備手持終端機,操作簡單,可以對機器人手臂進行遠距離操控焊接,工人無需正面接觸。對于點焊來說,工人無需搬運笨重的手工焊鉗,使工人從高強度的體力勞動中解脫出來。同時,根據客戶工況,設計合理的安全防護裝置, 有效的防止了焊接過程中激光輻射對工人的傷害。

從行業發展現狀來看,工業機器人和激光行業都處于一個快速發展的過程中。激光加工技術特別是切割和焊接與工業機器人的高柔性和高效率有很多相輔相成之處。工業機器人技術與激光加工工藝的融合,會創造出更多三維激光加工解決方案,推動激光加工應用向智能化、低成本化、 高柔性化發展,幫助企業降低成本,實現更大產能,獲得更多的收益。

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