機器人激光切割技術在軌道車輛制造中的應用
2017-7-10 來源： 長春軌道客車股份有限公司 作者：韓鋒 劉慶祝 高秀芹
1. 概述
隨著對軌道車輛質量要求的不斷提高，三維激光切割技術作為一種重要的加工手段，近幾年在軌道車輛制造中獲得應用。機器人激光切割技術具有精度高、柔性強、加工范圍廣等優勢，可用于各種三維沖壓件的切割加工。
2 . 在軌道車輛制造中機器人激光切割技術應用現狀
（1）機器人激光切割的優點
機器人激光切割激作為一種柔性的三維板金加工技術，除具有激光切割的優點外，還主要具有以下優點：①精度高。機器人激光切割激精度主要由激光切割精度和機械手運動精度決定。一般情況下，激光切割的光速定位精度在±0.03mm，切割面粗糙度12.5μm左右，切割的精度在0.1~0.3mm；而機械手的重復運動精度一般情況下為0.1~0.2m m，因此, 機器人激光切割激精度在±(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、三維切割。同時，可以進行碳鋼、不銹鋼和鋁合金等金屬板材的加工，切割軌跡采用程序控制，因此可以進行多種產品的加工，具有較強的柔性。③加工范圍廣，可以完成復雜工件的加工。由機器人的允許軌跡再附加機器人軌道運動和工作臺運動，構成復雜的空間運動，因此空間方位和可達的范圍廣，可以加工各種復雜的三維工件。由于上述優點，機器人激光切割技術在軌道客車和其他行業中獲得應用，大大提高了車輛制造質量，市場前景廣闊。
（2）在軌道車輛制造中機器人激光切割技術應用現狀
目前在軌道交通車輛制造中，雖然國內外的軌道車輛制造廠家廣泛采用了激光加工和機器人技術，但機器人激光切割技術的應用卻處于開始階段。主要用于不銹鋼、碳鋼及鋁合金等金屬板料三維沖壓件的切割加工，例如各種車頂彎梁、側墻立柱等零件的三維切頭和孔加工。由于采用機器人激光切割技術，代替了原來的無齒鋸切割之后再用手工等離子切割三維形狀的落后工藝，提高了工件的切割精度和質量，解決了工作場地砂輪粉塵等環境污染問題，改善了勞動環境，推動了切割技術的進步，具有較大的市場應用前景和潛在市場需求。機器人激光切割設備加工的產品示例如圖1所示。
3. 機器人激光切割技術
機器人激光切割技術涉及機器人技術和激光切割技術，在軌道交通車輛制造中應用該技術和
圖1 機器人激光切割設備加工的產品示例
設備，除考慮產品特點、產能和激光設備及機器人設備的技術要求外，主要應解決以下幾方面的技術問題。
（1）選擇合適的機器人和激光器
一般根據產品的形狀、尺寸和機器人的性能選擇合適的機器人規格，以滿足切割軌跡的需要。當機器人軌跡受限，無法滿足切割需要時，可以增加機器人的軌道運動和工作臺運動來實現。激光器的選擇主要根據切割的材料、切割速度要求及切割成本等因素綜合考慮。機器人激光焊切割設備與切割機器人分別如圖2、圖3所示。
（ 2 ）隨動三維激光割頭
由于切割加工的產品種類多，形狀復雜，切割的速度較快，因此必須采用隨動三維激光割頭，防止切割過程中碰撞。
（3）切割空間的封閉及除塵
由于切割軌跡是空間的，割嘴朝向是多方位的，因此切割時產生的煙塵和熔渣會沿各方位散落，為防止環境污染，切割空間必須封閉，同時在割頭處或上部設置排煙除塵系統。
（4）交換工作臺
為提高設備利用效率和生產效率，工作臺應采用交換式，實現一邊上料一邊切割工作。工作臺交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）編程系統
編程系統必須便于編程和程序處理，能夠進行離線編程和示教編程。必須有軌跡碰撞模擬系統，防止機器人運動時發生碰撞。
（6）切割狀態的實時監控顯示系統
由于切割是在封閉的空間進行，必須安裝切割狀態的實時監控顯示系統，對切割的狀態進行實時監控，同時防止人直接查看產生光線視覺損傷。
（ 7 ）切割廢料的出料
可以采用人工或自動出料 ， 如 傳 送帶、料箱出料等。
（ 8 ） 安全光柵保護系統
在設備的工作區域內應設置光柵保護系統，防止人身傷害和碰撞。一般設置在工作臺前的上、下料操作區域。（9）切割定位工裝 根據產品結構和切割部位細節設計合理的切割定位工裝，保證切割質量。工裝要有型面定位、快速夾緊裝置等機構（見圖4）。
4. 結語
機器人激光切割技術是機器人和激光切割技術的集成，隨著軌道車輛制造技術的飛速發展，機器人激光切割技術作為軌道車輛制造的一種重要技術將會獲得
圖2 機器人激光切割設備
圖3 切割機器人
圖4 工件在切割定位工裝上的定位夾緊
更大的需求和應用，對提高車輛的制造質量、制造水平將起到較大促進作用，同時，機器人激光切割技術也將取得快速的發展。
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