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激光切割機器人在汽車行業的應用分析

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激光切割機器人在汽車行業的應用分析

發布日期:2018-05-07 作者: 點擊:

機器人柔性激光切割可以提供高柔性解決方案,而且成本相對進口五軸機床低很多。随着激光技術的發展和機器人精密軌迹控制技術的完善,機器人柔性激光切割在汽車行業的應用正變得日益普遍。

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台,又可以組合成柔性加工生産線。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。覆蓋件傳統的生産方式是通過開模具沖壓,然後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,所以隻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,越來越多新車型湧現。大部分車出現逐步批量縮小的态勢,因為部分汽車廠商無法預測和保證将來某一車型的銷量和穩定的産量,所以開始嘗試低成本的機器人激光柔性切割設備或生産線。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。

一、适用于汽車行業的激光三維切割機器人

汽車行業使用了很多工業機器人,但在激光切割領域的應用卻很少,問題存在于三個層面。一是汽車行業機器人應用主要集中在精度要求低的點焊、弧焊、噴塗、搬運等,但激光切割往往要求很高的位置精度,且對小圓等小軌迹精度有很高的要求,比如直徑在5mm以内的小圓孔的切割,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運動控制速度比較慢,同時機器人手臂重量過大不适合高速運動;第三方面是機器人的剛性,剛性差的機器人抖動厲害,機器人循迹性差,而且機器人變形厲害,無法準确達到工件數模中需要切割的精确位置。因此,傳統汽車行業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。

有着百年精密機械和高速運動控制經驗的史陶比爾公司,設計領域寬的就是汽車行業,針對汽車行業需求,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解決方案,該系統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的球型工作區域,切割台面寬度可以達到3m,超過昂貴的五軸機床的工作台寬度,一般汽車零部件尺寸都在RX160L倒裝機器人工作區域内,有些大工件也可以通過移動平台來實現。

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機器人手臂重量隻有250kg,而歐系相同手臂的機器人要超過400kg,非常不适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,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在減速器上。一般機器人的減速系統都很龐大,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的需求。而史陶比爾采用的獨特專利減速系統JCS,公司将一百多年在精密機械上的經驗技術成功應用于機器人上。這就是為什麼史陶比爾比爾可以在小孔切割上得到客戶認可的原因。

二、将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得到推廣的關鍵技術之一,這些技術在機器人領域的開發和成功應用,使得機器人柔性激光切割解決方案和汽車行業應用無縫鍊接。

傳統的機器人編程方式是在線示教編程,費時費力,特别是汽車覆蓋件或者管件,需要切割的都是複雜空間曲線,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。

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精密的機器人STAUBLI定制開發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,用戶可以根據工件三維數模來選擇工裝夾具并可進行微調。設計好合适的夾具後系統自動把夾具所需的闆材合理布置在一個平闆上,通過機器人可以直接切割出夾具所需要的闆件,後拼裝出合适的工裝夾具。

三、切割效率由方案及經驗決定

很多集成商選用不适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,優秀的集成商會選用高精度的機器人并将其整合到精密的系統結構中,根據不同的用戶産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、雙機或多機和平台數量之間進行組合。

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