新世紀的新發(fā)展

　　進入21世紀后，在日本、美國及歐洲的汽車工業(yè)中，人們越來越關注保持自己在市場中的競爭力尤其是研發(fā)能力。小批量生產(chǎn)、訂制生產(chǎn)已經(jīng)成為一種發(fā)展方向。這種生產(chǎn)方式融合了手工制造及大批量生產(chǎn)兩者的優(yōu)勢，同時避免了手工生產(chǎn)的成本過高以及大批量生產(chǎn)缺乏靈活性的缺點。

　　在這種條件下就要求激光加工設備的制造商必須不斷地對自己的產(chǎn)品進行技術革新并保持自己產(chǎn)品的競爭力，在設計中不僅要注意滿足目前汽車覆蓋件加工應用中的需要，而且要為用戶今后的發(fā)展做好準備，即為小批量生產(chǎn)模式預先提供合理的解決方案。針對最近幾年中汽車車身工業(yè)用戶對設備在以下三個方面的性能改進表現(xiàn)出強烈的需求——更快的加工速度、更大的加工范圍（特別是目前非常成功的MPV、SUV、皮卡對這方面需求更加強烈）以及具有靈活性、結構緊湊、操作簡明等特點，普瑞瑪工業(yè)公司專門對其旗艦型三維激光加工機床OPTIMO做了全新的設計。新改進的OTPIMO機床的行程為2500mm×4500mm×920mm，是目前市場上加工范圍最大的標準三維激光切割機床之一。它采用龍門框架式結構，全部運動部分均架在空中，整個加工區(qū)域全部面向用戶開放，具有非常好的可接近性，用戶可根據(jù)自身產(chǎn)品的情況選擇從手工到全自動的多種配置方案。在動態(tài)性能方面，OPTIMO也達到了前所未有的水平：其最大定位速度為84m/min，最大加速度為0.5g，同老式激光加工機相比，其加工效率提高了至少一倍。同時，OPTIMO采用集成式結構設計，不但安裝簡便迅速，還具備可以快速安裝及可以在不同的生產(chǎn)部門之間快速重新定位的功能，就像最新型的車床和磨床一樣。

　　新材料、新工藝更需要激光

　　隨著人們對汽車舒適性和安全性等方面的要求越來越高，逐漸增加車身尺寸、考慮使用四輪驅(qū)動技術、增加更多的電子設備等在汽車工業(yè)中越來越成為趨勢，而所有這些都不可避免地會增加整車的重量，并導致同降低油耗這一目標之間的矛盾，唯一的解決辦法就是在不影響性能的同時降低車身自身的重量。這一點可以從目前內(nèi)高壓成型零件（IHU）和高硬質(zhì)鋼材料（溫熱成型鋼）在汽車車身領域的廣泛使用得到驗證。

　　內(nèi)高壓成型是通過高壓乳化液（水和添加劑）使處于模具內(nèi)的空心件（主要為管狀件）外壁完全緊貼模具而成型。用這種方法生產(chǎn)出的零件成型精確高，重量輕，并可將原來需要焊接的多根管材一次成型完成，減少了焊接次數(shù)并提高整體強度，其良好的強度重量比和低生產(chǎn)成本使其在車身和底盤結構中也得到了廣泛的應用。由于內(nèi)高壓成型件的形狀非常復雜，而且有一定數(shù)量的孔和槽要切割，因此采用傳統(tǒng)的沖切模具是無法加工的，三維激光切割是目前最佳的解決方案之一。

　　高硬質(zhì)鋼材料（溫熱成型鋼）具有極高的內(nèi)部張力（1500MPa/mm2），因此彈性變形非常小，非常適合在汽車車身對強度要求高的部位使用，如保險杠支架、前梁、側梁、加強筋等位置。而在相同的強度要求下，高硬質(zhì)鋼的重量比正常鋼板要輕許多，并可減免很多焊接工序，因此在保證安全的前提下可以有效地降低車身的重量。正是因為這原因，這種材料的零件幾乎無法采用傳統(tǒng)的沖切模具方式加工，而唯一的解決方式就是三維激光切割。

　　激光焊接有巨大的發(fā)展前景

　　由于激光焊接技術的焊接速度快、焊縫質(zhì)量高，已經(jīng)在越來越多的領域取得了成功，當然也包括汽車車身制造領域。激光不等厚板拼焊就是一個成功的例子。所謂不等厚板拼焊，就是將不同材料或不同厚度的板材通過激光焊接成整張板材，然后進行沖壓成型，這樣生產(chǎn)的零件既可以滿足車身結構局部對強度的要求，又可以降低對強度要求不高的局部的材料重量，達到降低整車重量的目的。激光焊接速度快（可達8m/min），焊接后板材的變形非常小，而且焊縫質(zhì)量非常好，其焊縫的強度甚至超過了母體。

　　目前最新應用的焊接技術是遙控激光焊接。它是指焊接頭在距離焊點500～700mm的距離進行焊接，以徹底解決焊接過程中工裝夾具和焊頭之間互相干擾的問題。同時，遙控焊接還具有無與倫比的速度優(yōu)勢：其每個焊點（焊縫）的平均焊接時間僅為0.5s，一臺遙控激光焊接單元的工作效率相當于10～20臺焊接機器人。由于其在效率和降低投資、減輕維護成本等方面的優(yōu)異表現(xiàn)，目前這一系統(tǒng)已經(jīng)在車門、車地板、車身側圍和分裝組件等裝配線上獲得了成功的應用。

　　先進三維激光加工設備的共同點

　　21世紀的激光加工設備還應該具有一些新的特點，以符合技術不斷進步的要求。首先，先進的三維激光切割機應采用全飛行光路技術，即加工過程中工件和夾具保持靜止不動，全部的運動由加工頭完成，加工過程不受工件重量、尺寸、占地面積及夾具等方面的限制。因為激光加工本身就是一種沒有切削力的加工方式，采用飛行光路技術后，工裝夾具只起支撐和定位的作用，而無需考慮工件移動帶來的定位和固定等問題，可以大大節(jié)省用戶工裝夾具設計的成本和時間。同時，由于工件靜止不動，機床的運動部分幾乎沒有負載，這大大降低了機床自身的磨損，可以保證設備長期穩(wěn)定可靠的運行。另外，由于采用了飛行光路技術，機床的占地面積大大減少，并可靈活配置各種自動上下料系統(tǒng)以充分利用設備的效率。

　　三維激光加工設備另一個關鍵技術就是其加工頭的設計。好的五軸加工頭不但應該結構緊湊、設計簡潔、具有非常好的接近性，同時它還可以實現(xiàn)連續(xù)n×360°(無限制旋轉(zhuǎn)）和120°的擺動，即使是非常復雜的零件表面（如內(nèi)高壓成型件），也可以非常好地接近加工并減少五軸編程的工作量。

　　當然，成熟的三維激光設備還應通過歐洲CE和美國CDRH安全標準認證，配置有完善的安全防護系統(tǒng)，在加工過程中將加工區(qū)域完全封閉，不但可保證操作人員的安全，還可大大提高加工區(qū)域內(nèi)廢氣抽風除塵系統(tǒng)的工作效率。目前先進的三維激光切割機的各數(shù)控軸已全部采用光柵尺全閉環(huán)反饋控制，其定位精度和重復定位精度比市場上采用編碼器半閉環(huán)控制的傳統(tǒng)設備提高了一個數(shù)量級。