激光切割相對于傳統(tǒng)的刀具加工，有速度快、非接觸等一系列的優(yōu)點，從上世紀(jì)70年代開始就進入了大規(guī)模的行業(yè)應(yīng)用。目前，在鈑金、制衣制鞋等行業(yè)，激光平面切割工藝大大地彌補了模具沖裁工藝的加工不足，實現(xiàn)了傳統(tǒng)行業(yè)的工藝革新。如今，曲面激光切割技術(shù)又提上了應(yīng)用日程，在汽車內(nèi)飾件加工過程中注塑工藝殘留的飛邊、五金件澆注過程殘留的水口、沖壓件的飛邊、箱包行業(yè)中的吸塑件孔的切割等等都是曲面激光切割工藝的市場需求。
曲面切割編程技術(shù)：
激光器大致有三種，光纖激光器、射頻管激光器和玻璃管激光器。只有光纖激光器可以通過光纖傳送，也只有它才方便地與六軸的工業(yè)機器人配套實現(xiàn)曲面切割。但機器人的示教編程繁、加工范圍小，一般要和變位機配套使用，這種方案多在汽車等高附加值的行業(yè)中應(yīng)用，在傳統(tǒng)的制造行業(yè)里難以推廣。
圖1 機器人曲面切割方案
射頻管激光器和玻璃管激光器都是屬于二氧化碳激光器，在非金屬激光加工行業(yè)里有廣泛的應(yīng)用。但他們只能采用反射鏡傳導(dǎo)光路，難以和六軸機器人配合使用，所以研發(fā)適用于反射鏡光路的五軸激光切割機，是曲面激光切割工藝進入傳統(tǒng)行業(yè)的關(guān)鍵。
五軸激光切割機方案
五軸激光切割機方案有三種。
第一，固定工作臺，激光經(jīng)X、Y、Z三軸反射鏡后進入AC旋轉(zhuǎn)激光頭出光，這種方案工作臺靜止，適合大型工件加工，但它的光路長，光路技術(shù)要求高，光功率衰減大；
第二，雙回轉(zhuǎn)工作臺，激光經(jīng)X、Y、Z三軸反射鏡后出光，這種方案工作臺要在A、C方向回轉(zhuǎn)，適合小型工作加工，其優(yōu)點是光路短、實現(xiàn)方便。
第三，工作臺在Y方向移動，激光經(jīng)X、Z、AC旋轉(zhuǎn)激光頭出光，它和第一種方案類似，第一方案是動梁，第三種方案是靜梁，適合于長行程工況，也就是典型的五軸激光加工機方案。
圖2 典型的五軸激光加工機
五軸激光切割機的關(guān)鍵技術(shù)
五軸激光切割機的關(guān)鍵技術(shù)包括精密機械技術(shù)、激光光路技術(shù)、曲面切割編程技術(shù)、標(biāo)定技術(shù)。
精密機械技術(shù)：
第一，精密三坐標(biāo)運動平臺技術(shù)，影響精度的因素不僅僅是激光切割機的精度，更多的是激光光路的傳導(dǎo)要求運動平臺的直線度、垂直度。
第二，雙回轉(zhuǎn)工作臺（或AC回轉(zhuǎn)激光頭）的精密機械技術(shù)，事實上，精密回轉(zhuǎn)臺的精度除制造精度外，零間隙的減速機是關(guān)鍵。
圖3 精密回轉(zhuǎn)工作臺
圖4 精密AC激光頭
激光光路技術(shù)：
激光光路的技術(shù)問題在于反射鏡的安裝與調(diào)試技術(shù)。大行程的激光切割機，光路長，反射鏡在工作中由于溫度變化，角度會隨之改變，特別是前端的反射鏡角度變化，光路到后端的偏離更大，可能導(dǎo)致無法出光，甚至燒壞激光頭。激光光路的調(diào)試也是關(guān)鍵問題，AC回轉(zhuǎn)激光頭是封閉的，光路調(diào)式要設(shè)計專門工具才能實現(xiàn)。
圖5 AC回轉(zhuǎn)激光頭光路
曲面切割編程技術(shù)：
五軸編程有示教與離線編程兩種，五軸數(shù)控程序和設(shè)備結(jié)構(gòu)與尺寸相關(guān)，一定要有編程與仿真軟件，才能實現(xiàn)編程。而激光曲面加工行業(yè)中，常常設(shè)有曲面的3D數(shù)據(jù)模型，因此示教與離線編程結(jié)合的編程模式創(chuàng)新，是解決這個問題的出路。
圖6 大族粵銘智能裝備公司的離線編程系統(tǒng)
標(biāo)定技術(shù)：
精密機械的精度取決于制造技術(shù)與裝配技術(shù)，五軸激光切割機和五軸加工中心類似，它需要精密的標(biāo)定技術(shù)，才能通過控制補償消除制造與裝配誤差。五軸加工中心已經(jīng)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和工具實現(xiàn)標(biāo)定，五軸激光切割機的激光頭不受力，且精密小巧，雙頻激光干涉儀的測量傳感器無法安裝，必須另行設(shè)計標(biāo)定方法與標(biāo)定元件，才能實現(xiàn)五軸激光切割機的精密標(biāo)定。
大族粵銘智能裝備公司與暨南大學(xué)機器人智能技術(shù)研究院合作研發(fā)的五軸激光切割機如圖7所示。
圖7 SGF050403-A五軸激光切割機
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