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替代切邊模和沖孔模具的機械手激光三維切割系統

2013-9-9 9:05:01      點擊:

汽車零部件的鈑金覆蓋件包含機蓋、后蓋箱、水箱架、保險杠、葉子板、車門,還有底盤件的元寶梁、控制臂、后橋,以及駕駛室框架的高壓成型管等等,往往需要三維的切割,包括修邊和沖孔等,傳統工藝有開模沖壓,等離子切割,機械雕銑或五軸機床激光切割等。


在樣車試制、小批量試生產、變形車、特種車和備件市場維修市場中,傳統的模具沖壓工藝顯然不能發揮其優勢。沖壓件的內框、孔、內輪廓和外輪廓等的切邊和切孔等工作只能依靠手工完成,操作困難,出現廢品的機率較高,無法保證不同切割件的重復精度,無法滿足市場上對產品質量越來越苛刻的要求。手工操作的加工時間長,加工后的產品必須逐件進行檢驗,很難符合車型開發周期越來越短的客觀要求。而且車型改變時需要更換全套模具,投資風險較大。


等離子切割的方式,導致切口邊緣不整齊,需要下一道工序來打磨,費時費工。小孔只能用手鉆或沖床來加工,工作效率低下。手持離子設備對人體有一定的輻射,粉塵嚴重污染人體健康。而且等離子工人的用工管理對企業主也是一個棘手的問題。等離子切割的流程較為繁瑣,圖示如下:



高壓成型管的端面切割和開槽挖孔,傳統工藝是采用機械雕銑的方式,加工效率低下,圖為工作現場:


一些規模較大的生產廠家,率先引進了國外先進的五軸鐳射切割機,大大改善了工藝效果,提高了生產效率。因為五軸機床目前基本上都是整機國外進口,價格極其昂貴,動輒三五百萬以上的設備價位,對廣大中小型生產廠家是一個難以普及的門檻。而且目前三四百萬的中低端的五軸鐳射切割機,選配的激光器基本上都是2KW的快軸流CO2激光器,需要充He,Ne,CO2等氣體,充氣費用在20元/小時左右,系統耗電在30KW左右,加上輔助切割的氧氣費用和零星耗材,累計每小時的使用費用高達80元左右。包含冷卻包含充氣在內的系統占地面積高達數十平米。圖為進口的五軸激光機床的工作現場。



        我公司根據前期大量的市場調研,結合汽車鈑金覆蓋件和底盤件的行業特點,現推出工業機器人+光纖激光器的組合進行三維切割,整機價位在100-200萬元,耗材耗電總費用控制在每小時20元內,徹底有效的解決了上述問題。

 首先,用工業機器人代替五軸機床。兩者都能進行空間軌跡的描述實現三維立體切割,工業機器人的重復定位精度比五軸機床稍低,約為±100uM,但這完全可以滿足汽車鈑金覆蓋件和底盤件行業的精度要求了。而采用工業機器人大大降低了系統的成本造價,減少了耗電系統費用和系統運行維護費用,減少了系統的占地面積。

其次,用光纖激光器代替CO2激光器。光纖激光技術是近幾年高速發展的激光技術,相比傳統激光,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。關鍵是光纖激光器的激光可以通過光纖傳輸,方便與工業機器人連接,實現柔性加工。

其三,本系統唯一的缺陷,是只能加工金屬工件,不能加工非金屬工件。這是因為本系統采用的是光纖激光,其波長為1064NM,相對于波長為10640NM的CO2激光,不易為非金屬工件所吸收的緣故。

五軸機床+CO2激光器

工業機器人+光纖激光器

加工速度

據工件材質、工件料厚和選配激光器功率大小而異,大幅面路徑的切割速度一般不超過8米/分鐘,切割小園小拐角的速度較快。

據工件材質、工件料厚和選配激光器功率大小而異,如0.8MM厚碳鋼用500W激光器,大幅面路徑的切割速度可達15米/分鐘,但切割小圓小拐角的速度較慢。綜合切割效率與五軸機床相當。

系統總價位

400-1000萬

100-200萬

重復定位精度

±50uM

±100uM 

加工范圍

金屬和非金屬

金屬

激光器的維護費用

充HeNeCO2等,合計20元/小時

無需充氣,壽命長達10萬小時。

系統總耗電

30KW左右

8KW以內

輔助吹氣費用

據工件材質、工件料厚不同而異 ,如2MM內碳鋼,氧氣用量約6元/小時

同左

耗材費用

含切割嘴保護鏡片聚焦鏡片、陶瓷環、防撞環等,較為昂貴。

含切割嘴保護鏡片聚焦鏡片等,較為便宜。

冷卻方式

水冷,體積龐大

300W以上為水冷,體積小巧

系統占地面積

50-100平米

30平米以內

離線編程軟件

可以

可以

總之,采用工業機器人+光纖激光器的組合進行加工,修邊沖孔等工藝一次完成,切口整齊無需后道工藝再處理,大大縮短了工藝流程,降低了人工成本和模具費用的投入,也提高了產品檔次和產品附加值。選配我公司的離線編程軟件,通過數模直接生成切割軌跡,拋棄了繁雜的人工示教,更加適合小批量多批次的維修市場、新品試制和非標定制等一些個性化的切割需求。而且,投資高柔性高效率的激光切割設備,來代替昂貴的沖壓設備和剪裁設備,可以更加靈活的更換產品,把握市場。




耗電耗材:

系統耗電:<8KW(根據選配激光器功率大小而異)

零星耗材:<0.5元/小時(包括高功率激光器水冷系統的濾芯、切割頭氣嘴和切割頭保護鏡片)

吹氣費用:<6元/小時(以用純氧輔助切割2MM內碳鋼為例)

性能指標:

激光功率:200W/300W/400W/500W/1000(根據工件材質和料厚可選)

激光波長:1070NM

工作區域:半徑2米的半球形工作區域(選配半徑2米的機械手)

切割速度:0-15米/分鐘(根據功率大小和工件材質與厚度可調)

供電電源:三相交流380V

用電功率: <8KW(根據選配激光器功率大小而定)

冷卻方式:風冷/水冷(根據選配激光器功率大小而定)

切割頭焦距:5-7英寸(根據工件厚度可選)

機械手重復定位精度:±0.1MM

機械手保護等級:IP65

      系統使用壽命:十萬小時

系統保修:2年

系統選型:

1. 根據工件大小選配不同臂長的機械手。在置頂安裝的情況下,機械手為半球面的工作區域,考慮到用戶的實際加工情況和后期產品升級空間,建議采用臂長2.01米的機械手,可達直徑3米的半球形加工區域。

2. 根據工件材質和厚薄選配不同功率級別的光纖激光器。金屬的切割以碳鋼、鋁和不銹鋼三種為代表,鋁等為高反射材料,同樣料厚情況下需選配更大功率的激光器,碳鋼比較容易切割,典型參數為2MM內厚碳鋼選用200W激光器。具體選型可接洽我公司工藝工程師。

3. 根據工件厚薄選配不同焦距的切割頭,有3、5、7英寸可供選配。6mm以下薄板切割可選5英寸的中焦距切割頭,6mm 以上中厚板切割一般選用7英寸的長焦距切割頭。

4. 根據實際需要選配離線編程軟件。



創科源三維切割系統的七大技術優勢:

1.因為采用了業內最高精度的史陶比爾機械手,本體較輕,切割速度快,在小弧度的精細切割和大邊的高速切割方面具有明顯優勢,實際切割速度可以達到18米/分鐘而無抖動,綜合加工效率是其他品牌機械手組合的兩倍,性價比高,還可以節約一組的耗材和人工,后期可以少追加設備也能滿足產能要求。典型參數為0.8MM厚碳鋼用300W激光器,大邊的切割速度可達10米 /分鐘以上, 采用400W激光器可達15米/分鐘以上。有些品牌的機械手,因為自重高達四五百公斤,吊裝后微小的抖動會通過2米臂長的放大,影響切割精度,所以不管用多大的激光器,實際切割速度一般不會超過6米/分鐘。

2.切割精度高。系統重復定位精度高達±0.1M,完全可以滿足汽車鈑金覆蓋件行業的精度需求。可切割直徑小至2MM的小圓,切割效果圓滑美觀,目測無形變和毛刺。

3.切割幅面大,實際死角小。選配臂長2.01米的機械手,除了實現直徑達3米的半球形三維加工區域外,還可實現2.5米×1.25米的二維平面切割

4.針對三維切割的現場情況,我公司自行開發了三維切割頭,性能穩定,價格低廉,維修便捷。在汽車鈑金覆蓋件行業,工件的形變和破損會引起切割頭的碰撞,加上工人操作的失誤,切割頭的碰撞與損壞更是不可避免的。而國外切割頭的維修周期長,價格昂貴,耗材費用偏高。

5. 根據實際需要選配離線編程軟件,可讀取UG,SOLIDWORK等三維作圖軟件導出的vda,igs,x_t,sldprt,prt,stp,ipt,par等格式的數模,修改后直接生成切割軌跡,代替人工示教,簡單易用。

6. 工業控制理念,模塊化設計,全系統的防護等級為IP55,機械手防護等級更是高達IP65,系統集成度高,故障少,抗沖擊振動,抗灰塵,無須光學調整或維護,真正適合于工業加工領域的應用。而其他同類產品為簡單集成,設備的穩定性較差。


7.系統的工藝性和易用性較好。我公司對史陶比爾的機械手軟件做了大量的二次開發,很多人性化的功能可以實現,如專家數據庫功能。不同的材質(如碳鋼和鍍鋅板和不銹鋼),不同的料厚,不同的速度,需要對應不同的激光功率和吹氧壓力,我公司通過自行開發的數據庫功能模塊來實現參數的自動匹配,這就大大降低了對操作工人的要求,降低了對工人的管理難度。




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