三維光纖激光切割機器人介紹以及應用
1.概述
三維光纖激光切割機是由專用光纖激光切割頭、高精度電容跟蹤系統、光纖激光器和工業機器人系統組成的先進設備。三維機器人激光切割機設備廣泛應用于金屬加工、機械制造和汽車零部件制造3D在有加工要求的工件生產中。
2.三維光纖激光切割機
（1）激光三維激光切割原理激光通過激光產生后，通過反射鏡傳輸，通過聚集鏡照射加工項目，使加工項目（表面）熱能強，溫度急劇升高，因高溫迅速熔化或蒸發，結合激光頭運行軌跡達到加工目的。
（2）光纖的選擇根據金屬板的厚度選擇不同的光纖激光功率，三維切割光纖激光功率一般分為200W、300W、400W、500W與1000W等多種規格；對不同功率的激光器配備不同的冷卻系統，以保障激光器的正常工作。同時要根據機械臂的工作半徑和加工工件的大小選定合適長度的操作光纖傳輸激光，以滿足客戶切割要求。
(3)三維光纖激光切割機使用的輔助氣體需要輔助氣體99.99%氧氣對切割的精度、速度和截面效果有很大幫助。
3.三維光纖激光切割機器人的特點
(1)高柔性特別適合小批量三維鈑金切割。
其高柔性主要體現在兩個方面：
一是對材料適應性強，激光切割機基本上可以通過數控程序切割任何板材。
第二，加工路徑由程序控制。如果加工對象發生變化，只需修改程序，這在零件修邊和切孔時尤為明顯。由于修邊模和沖孔模對其他不同零件的加工無能為力，模具成本高，目前三維激光切割有取代修邊模和沖孔模的趨勢。一般來說，三維機械加工的夾具設計及其使用比較復雜，但激光加工時不會對加工板施加機械加工力，這使得夾具的制作非常簡單。此外，如果激光設備配備不同的硬件和軟件，可以實現多種功能。
簡而言之，在實際生產中，三維激光切割在提高產品質量、生產效率、縮短產品開發周期、降低勞動強度、節約原材料等方面具有明顯的優勢。因此，雖然設備成本高，一次性投資大，但許多國內汽車和飛機制造商購買了三維激光加工機，一些大學也購買了相應的科研設備，三維激光技術必將在中國制造業中發揮越來越重要的作用。
（2）光纖激光切割機器人的優缺點是**個。用工業機器人代替五軸機床可以描述空間軌跡，實現三維切割。工業機器人的重復定位精度略低于五軸機床±100μm，然而，這完全可以滿足汽車鈑金覆蓋和底盤行業的精度要求；工業機器人的使用大大降低了系統的成本，降低了系統的耗電成本和運行維護成本，降低了系統的占地面積。
第二，與傳統激光相比，光纖激光切割質量更好，系統成本更低，使用壽命更長，維護成本更低，功耗更低。關鍵是光纖激光器的激光可以通過光纖傳輸，便于與工業機器人連接，實現靈活加工。
第三，該系統**的缺點是只能加工金屬工件，不能加工非金屬工件。這是因為該系統采用光纖激光，波長為10 ** nm，10 相對于波長** 0nm的CO2非金屬材料不易吸收激光。
第四，采用工業機器人+光纖激光的組合加工，一次完成修邊沖孔等工藝，切口整齊，無需后處理，大大縮短了工藝流程，降低了勞動力成本和模具成本的投資，提高了產品等級和附加值。選擇離線編程軟件，通過數值模擬直接生成切割軌跡，放棄復雜的人工教學，更適合小批量、多批量維修市場、新產品試生產、非標準定制等個性化切割需求。三種加工方法，如附表所示。
第五，先進的光纖激光技術與數字控制技術的**結合，代表了**進的激光切割水平；專業的激光切割機控制系統，計算機操作，可以保證切割質量，使切割工作更方便，操作更簡單；配置智能機械手，可實現三維切割，操作方便，智能程度高，確保設備高速、高精度、高可靠性；激光切割頭配備進口激光切割頭，反應靈敏、準確，與機械手有效配合，避免切割頭與加工板碰撞，確保切割焦點位置，確保切割質量穩定；激光切割頭可承受1.0MPa氣壓、高壓氣路設備，提高了不銹鋼等難切材料的切割能力。
4.三維光纖激光切割機器人的技術優勢
(1)三維切割系統的優勢
一是切割速度快，是同類產品的兩倍。
二是切割精度高。系統重復定位精度高達±100um。
第三，可切割<φ2mm小圓，切割效果光滑美觀，目測無形變和毛刺。單個小圓的切割時間可以控制在2s內。
第四，選擇臂長2.01m除了實現直徑達到的機械手3m除了半球形三維加工區，還可以實現3m×1.5m二維平面切割。
第五，根據實際需要選擇離線編程軟件，可讀取UG、SolidWork等待三維軟件導出格式的數模，修改后直接生成切割軌跡，而不是人工教學，簡單易用。
（2）采用IPG光纖激光器和激光電源激光器性能穩定，可以安全保證產品的整體質量。光纖激光器具有散熱面積大、光束質量好、體積小等優點，與大型氣體激光器和固體激光器相比具有明顯的優勢。
(3)美國進口的激光切割頭采用美國進口的激光切割頭，通過機械手編程控制，保持**焦距，保證**切割效果，避免不均勻時焦距變化引起的材料報廢。
（4）機械手控制系統采用機械人控制系統，可為各部件提供全方位的機器人生產解決方案。具有可靠性強、速度快、精度高、功率大、耐久性強、通用性強等特點。
其運行速度更快，廢品率更低，在擴大產能、提高效率方面發揮著重要作用。其高精度是專利的TrueMoveTM實現運動控制軟件。IRB2600采用優化設計，機身緊湊輕便，節拍時間可比行業標準減少25%。QuickMoveTM運動控制軟件使其加速度達到同類**，并實現速度**化，從而提高產能與效率。IRB2600工作范圍大，安裝方法靈活，可輕松直接到達目標設備，不干擾輔助設備。優化機器人安裝是提高生產效率的有效手段。在模擬**工藝布局時，靈活的安裝方法更方便。IRB2600底座可以更靠近目標設備，從而縮小整個工作站的面積。小底座也為下臂的正下操作創造了有利條件。
5.三維光纖激光切割機器人的應用
廣泛應用于汽車和摩托車行業，包括電動自行車和頭盔領域：如車身蓋、方向盤孔、車身擋風板、車頂蓋支架孔、安全氣囊部件、液壓成型部件等。三維激光切割在車身組裝后的加工也非常有用，如行李架固定孔、頂蓋滑軌孔、天線安裝孔、車輪擋泥板形狀修改等。
未來，三維激光加工技術將向高精度、高速度、高靈活性、低成本、智能化、高集成化方向發展。我國激光三維切割技術與國外先進技術仍存在較大差距。首先，它體現在設備的開發上，缺乏高光束質量的高功率激光器。目前，我國各地的三維激光切割設備大多從國外高價進口；其次，理論研究存在一定差距，主要集中在三維零件空間軌跡的實現和三維零件的切割過程中-材料-氣體之間的交互作用，即3D激光切割機制沒有進行深入研究，早在20世紀70年代，國外就開始提出其模型。因此，該技術仍有許多地方值得進一步研究和發展。
