自上世紀(jì)六十年代初激光問(wèn)世以來(lái)，1969年就有人將其用于汽車(chē)工業(yè)，隨著激光器及外圍系統(tǒng)技術(shù)的不斷進(jìn)步，激光在汽車(chē)行業(yè)的運(yùn)用不斷增加。汽車(chē)工業(yè)作為一個(gè)國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)，在一定意義上可以反映一個(gè)國(guó)家工業(yè)技術(shù)水平的高低。為了能在今后激烈的汽車(chē)工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中處于領(lǐng)先地位，世界各國(guó)的汽車(chē)生產(chǎn)廠家紛紛在汽車(chē)車(chē)身的更新上下足了工夫，與此同時(shí)，直接影響著車(chē)身制造的質(zhì)量和效益的車(chē)身覆蓋件的加工和制造正日益受到重視，從而尋求一種更高加工質(zhì)量和更有效的車(chē)身覆蓋件的加工方式，就成了加快車(chē)身及車(chē)型更新的有力保證。由于機(jī)器人YAG激光加工系統(tǒng)在車(chē)身加工工藝上具有諸多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，因此該項(xiàng)技術(shù)在樣車(chē)開(kāi)發(fā)和車(chē)身覆蓋件的制造中越來(lái)越受到普遍的應(yīng)用。

　　1 機(jī)器人YAG激光加工系統(tǒng)

　　機(jī)器人YAG激光加工系統(tǒng)組成如圖1所示，主要由激光器、機(jī)器人(本體和控制柜)、水冷系統(tǒng)、光束傳輸系統(tǒng)和激光頭和工件裝夾系統(tǒng)組成。
 
圖1 機(jī)器人YAG激光加工系統(tǒng)　　該系統(tǒng)激光器采用GSI公司JKS00SW固體激光器，最大功率可達(dá)500W。機(jī)器人為日本安川公司生產(chǎn)的6軸垂直多關(guān)節(jié)HP20型。

　　經(jīng)試驗(yàn)證明，該系統(tǒng)與其他三維激光加工系統(tǒng)相比有如下顯著特點(diǎn)：節(jié)省占地空間——機(jī)器人的腰部和手臂較細(xì)，干涉區(qū)域較?。粍?dòng)作范圍大——最大范圍：R1717mm；軌跡精度高——采用了先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)控制，大幅度提高了高速動(dòng)作時(shí)的軌跡精度，重復(fù)定位精度可以達(dá)到±0．06mm；動(dòng)作速度快——由于縮短了空行程時(shí)間，所以可縮短循環(huán)周期：安全性能高——碰撞檢測(cè)功能：使機(jī)器人一碰到周?chē)奈矬w后就停下來(lái)，這樣可減少碰撞產(chǎn)生的損壞。裝有安全開(kāi)關(guān)：借助于示教盒上的安全開(kāi)關(guān)，示教過(guò)程中脫手或握力過(guò)大都會(huì)關(guān)掉伺服，使機(jī)器人停止，因此可安全地操作。

　　另外，隨機(jī)附有的仿真編程系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)離線編程和模擬實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，其快速捕捉功能，可以保證激光頭與工件加工表面保持垂直(保證加工質(zhì)量)，程序完成后，通過(guò)軟盤(pán)或局域網(wǎng)輸入到機(jī)器人的控制柜，啟動(dòng)程序即可加工，也可進(jìn)行在線示教編程。

　　2 機(jī)器人YAG激光切割技術(shù)

　　激光切割是利用高能激光束照射材料表面，使被照射部分材料熔化或汽化，達(dá)到切割的目的。與傳統(tǒng)的切割方法和沖裁工藝相比，機(jī)器人YAG激光切割技術(shù)具有兩大優(yōu)越性：

　　(1)激光切割是無(wú)接觸加工，無(wú)“切削力”作用在工件上，沒(méi)有“刀具”磨損，并且具有切縫窄、速度快、熱變形小、切割部位和切口平整等優(yōu)點(diǎn)。

　　(2)本系統(tǒng)柔性高，靈活性大，適合小批量、多品種的產(chǎn)品加工，能夠縮短汽車(chē)車(chē)身開(kāi)發(fā)的周期，提高加工效率和質(zhì)量，降低成本。

　　機(jī)器人YAG激光加工系統(tǒng)用于新車(chē)型試制，使車(chē)型更新?lián)Q代的周期越來(lái)越短。1983年首次用五軸激光加工機(jī)切割車(chē)身鋼板以來(lái)，三維激光切割以其縮短生產(chǎn)周期、節(jié)省原材料、提高工效、降低生產(chǎn)成本等優(yōu)點(diǎn)，在汽車(chē)工業(yè)得到了日益廣泛的應(yīng)用。尤其是利用三維激光切割代替?zhèn)鹘y(tǒng)的汽車(chē)覆蓋件的切邊模和沖孔模，其效果尤為明顯。如表1所示。
表1 覆蓋件傳統(tǒng)加工工藝與機(jī)器人激光加工工藝的特點(diǎn)比較
　　3 機(jī)器人YAG激光焊接技術(shù)

　　激光焊接是激光加工技術(shù)中發(fā)展最迅速的領(lǐng)域。激光焊接是將高強(qiáng)度的激光束輻射至金屬表面，通過(guò)激光與金屬的相互作用，金屬吸收激光轉(zhuǎn)化為熱能使金屬熔化后冷卻結(jié)晶形成焊接。與傳統(tǒng)的焊接方法相比(如表2)，機(jī)器人YAG激光焊接技術(shù)會(huì)帶來(lái)很多優(yōu)點(diǎn)：
表2 激光焊接同其他焊接工藝的對(duì)比
 
注：“+”表優(yōu)勢(shì)。“-”表劣勢(shì)，“0”表適中?！　?1)光束斑點(diǎn)小，加工精度成倍提高。熱影響區(qū)極小，焊縫質(zhì)量高，不易產(chǎn)生收縮、變形、脆化及熱裂等熱副作用，激光焊接熔池凈化效應(yīng)，能凈化焊縫金屬，焊縫機(jī)械性能相當(dāng)于或優(yōu)于母材。

　　(2)可以實(shí)現(xiàn)激光焦點(diǎn)的功率和大小按加工要求動(dòng)態(tài)地進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)各種各樣的應(yīng)用可能。

　　(3)采用光纖輸送激光，這樣一來(lái)把能量源和加工設(shè)備從空間上分隔可以毫不困難地實(shí)現(xiàn)。激光器產(chǎn)生的光能可通過(guò)直徑很小的光纖傳輸?shù)骄嚯x很遠(yuǎn)的工位，通過(guò)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的焊接。

　　(4)一臺(tái)激光焊接機(jī)器人可代替3臺(tái)至4臺(tái)電阻焊機(jī)器人，若充分利用激光焊接技術(shù)，加工一個(gè)車(chē)身，在工裝投資、焊件準(zhǔn)備、材料消耗、車(chē)身密封等方面的費(fèi)用將減少約200美元，鋼材利用率可提高50%。使用激光焊接可省去大量的樣板和工裝設(shè)備，使車(chē)間面積減半，節(jié)省投資。

　　在汽車(chē)工業(yè)中，作為汽車(chē)關(guān)鍵部件的車(chē)身，其價(jià)值約占整輛車(chē)的20%，采用激光焊接，可以減少搭接寬度和一些加強(qiáng)部件，還可以壓縮車(chē)身結(jié)構(gòu)件本身的體積，僅此一項(xiàng)車(chē)身的重量可減少56kg。同樣，對(duì)于車(chē)身轉(zhuǎn)配中的大量點(diǎn)焊，如果把連個(gè)焊接頭夾在工件邊緣上進(jìn)行焊接，凸緣寬度需要16mm，而激光焊接是單邊焊接，只需要5mm，把點(diǎn)焊改為激光焊，每輛車(chē)就可以節(jié)省鋼材40kg。用傳統(tǒng)點(diǎn)焊焊接兩片0.8mm的鋼板沖壓件，平均是20點(diǎn)/min，焊炬是25mm，即速度為0.5m/min，用激光焊速度可以達(dá)到5m/min以上。