新世紀(jì)的新發(fā)展

　　進(jìn)入21世紀(jì)后，在日本、美國及歐洲的汽車工業(yè)中，人們越來越關(guān)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(shí)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(diǎn)。

　　在這種條件下就要求激光加工設(shè)備的制造商必須不斷地對自己的產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)革新并保持自己產(chǎn)品的競爭力，在設(shè)計(jì)中不僅要注意滿足目前汽車覆蓋件加工應(yīng)用中的需要，而且要為用戶今后的發(fā)展做好準(zhǔn)備，即為小批量生產(chǎn)模式預(yù)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(shè)備在以下三個(gè)方面的性能改進(jìn)表現(xiàn)出強(qiáng)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(qiáng)烈）以及具有靈活性、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡明等特點(diǎn)，普瑞瑪工業(yè)公司專門對其旗艦型三維激光加工機(jī)床OPTIMO做了全新的設(shè)計(jì)。新改進(jìn)的OTPIMO機(jī)床的行程為2500mm×4500mm×920mm，是目前市場上加工范圍最大的標(biāo)準(zhǔn)三維激光切割機(jī)床之一。它采用龍門框架式結(jié)構(gòu)，全部運(yùn)動部分均架在空中，整個(gè)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(dá)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(jī)相比，其加工效率提高了至少一倍。同時(shí)，OPTIMO采用集成式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(shù)、增加更多的電子設(shè)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(dǎo)致同降低油耗這一目標(biāo)之間的矛盾，唯一的解決辦法就是在不影響性能的同時(shí)降低車身自身的重量。這一點(diǎn)可以從目前內(nèi)高壓成型零件（IHU）和高硬質(zhì)鋼材料（溫?zé)岢尚弯摚┰谄囓嚿眍I(lǐng)域的廣泛使用得到驗(yàn)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(qiáng)度，其良好的強(qiáng)度重量比和低生產(chǎn)成本使其在車身和底盤結(jié)構(gòu)中也得到了廣泛的應(yīng)用。由于內(nèi)高壓成型件的形狀非常復(fù)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?zé)岢尚弯摚┚哂袠O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(qiáng)度要求高的部位使用，如保險(xiǎn)杠支架、前梁、側(cè)梁、加強(qiáng)筋等位置。而在相同的強(qiáng)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?yàn)檫@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(shù)的焊接速度快、焊縫質(zhì)量高，已經(jīng)在越來越多的領(lǐng)域取得了成功，當(dāng)然也包括汽車車身制造領(lǐng)域。激光不等厚板拼焊就是一個(gè)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(jìn)行沖壓成型，這樣生產(chǎn)的零件既可以滿足車身結(jié)構(gòu)局部對強(qiáng)度的要求，又可以降低對強(qiáng)度要求不高的局部的材料重量，達(dá)到降低整車重量的目的。激光焊接速度快（可達(dá)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(qiáng)度甚至超過了母體。

　　目前最新應(yīng)用的焊接技術(shù)是遙控激光焊接。它是指焊接頭在距離焊點(diǎn)500～700mm的距離進(jìn)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(shí)，遙控焊接還具有無與倫比的速度優(yōu)勢：其每個(gè)焊點(diǎn)（焊縫）的平均焊接時(shí)間僅為0.5s，一臺遙控激光焊接單元的工作效率相當(dāng)于10～20臺焊接機(jī)器人。由于其在效率和降低投資、減輕維護(hù)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(cè)圍和分裝組件等裝配線上獲得了成功的應(yīng)用。

　　先進(jìn)三維激光加工設(shè)備的共同點(diǎn)

　　21世紀(jì)的激光加工設(shè)備還應(yīng)該具有一些新的特點(diǎn)，以符合技術(shù)不斷進(jìn)步的要求。首先，先進(jìn)的三維激光切割機(jī)應(yīng)采用全飛行光路技術(shù)，即加工過程中工件和夾具保持靜止不動，全部的運(yùn)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?yàn)榧す饧庸け旧砭褪且环N沒有切削力的加工方式，采用飛行光路技術(shù)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(shè)計(jì)的成本和時(shí)間。同時(shí)，由于工件靜止不動，機(jī)床的運(yùn)動部分幾乎沒有負(fù)載，這大大降低了機(jī)床自身的磨損，可以保證設(shè)備長期穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。另外，由于采用了飛行光路技術(shù)，機(jī)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(shè)備的效率。

　　三維激光加工設(shè)備另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)就是其加工頭的設(shè)計(jì)。好的五軸加工頭不但應(yīng)該結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)簡潔、具有非常好的接近性，同時(shí)它還可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)n×360°(無限制旋轉(zhuǎn)）和120°的擺動，即使是非常復(fù)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(dāng)然，成熟的三維激光設(shè)備還應(yīng)通過歐洲CE和美國CDRH安全標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，配置有完善的安全防護(hù)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(fēng)除塵系統(tǒng)的工作效率。目前先進(jìn)的三維激光切割機(jī)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(fù)定位精度比市場上采用編碼器半閉環(huán)控制的傳統(tǒng)設(shè)備提高了一個(gè)數(shù)量級。