汽車零部件的鈑金覆蓋件包含機(jī)蓋、后蓋箱、水箱架、保險杠、葉子板、車門,還有底盤件的元寶梁、控制臂、后橋,以及駕駛室框架的高壓成型管等等,往往需要三維的切割,包括修邊和沖孔等,傳統(tǒng)工藝有開模沖壓,等離子切割,機(jī)械雕銑或五軸機(jī)床激光切割等。
在樣車試制、小批量試生產(chǎn)、變形車、特種車和備件市場維修市場中,傳統(tǒng)的模具沖壓工藝顯然不能發(fā)揮其優(yōu)勢。沖壓件的內(nèi)框、孔、內(nèi)輪廓和外輪廓等的切邊和切孔等工作只能依靠手工完成,操作困難,出現(xiàn)廢品的機(jī)率較高,無法保證不同切割件的重復(fù)精度,無法滿足市場上對產(chǎn)品質(zhì)量越來越苛刻的要求。手工操作的加工時間長,加工后的產(chǎn)品必須逐件進(jìn)行檢驗,很難符合車型開發(fā)周期越來越短的客觀要求。而且車型改變時需要更換全套模具,投資風(fēng)險較大。
等離子切割的方式,導(dǎo)致切口邊緣不整齊,需要下一道工序來打磨,費時費工。小孔只能用手鉆或沖床來加工,工作效率低下。手持離子設(shè)備對人體有一定的輻射,粉塵嚴(yán)重污染人體健康。而且等離子工人的用工管理對企業(yè)主也是一個棘手的問題。等離子切割的流程較為繁瑣,圖示如下:
高壓成型管的端面切割和開槽挖孔,傳統(tǒng)工藝是采用機(jī)械雕銑的方式,加工效率低下,圖為工作現(xiàn)場:
一些規(guī)模較大的生產(chǎn)廠家,率先引進(jìn)了國外先進(jìn)的五軸鐳射切割機(jī),大大改善了工藝效果,提高了生產(chǎn)效率。因為五軸機(jī)床目前基本上都是整機(jī)國外進(jìn)口,價格極其昂貴,動輒三五百萬以上的設(shè)備價位,對廣大中小型生產(chǎn)廠家是一個難以普及的門檻。而且目前三四百萬的中低端的五軸鐳射切割機(jī),選配的激光器基本上都是2KW的快軸流CO2激光器,需要充He,Ne,CO2等氣體,充氣費用在20元/小時左右,系統(tǒng)耗電在30KW左右,加上輔助切割的氧氣費用和零星耗材,累計每小時的使用費用高達(dá)80元左右。包含冷卻包含充氣在內(nèi)的系統(tǒng)占地面積高達(dá)數(shù)十平米。圖為進(jìn)口的五軸激光機(jī)床的工作現(xiàn)場。
我公司根據(jù)前期大量的市場調(diào)研,結(jié)合汽車鈑金覆蓋件和底盤件的行業(yè)特點,現(xiàn)推出工業(yè)機(jī)器人+光纖激光器的組合進(jìn)行三維切割,整機(jī)價位在100-200萬元,耗材耗電總費用控制在每小時20元內(nèi),徹底有效的解決了上述問題。
首先,用工業(yè)機(jī)器人代替五軸機(jī)床。兩者都能進(jìn)行空間軌跡的描述實現(xiàn)三維立體切割,工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)定位精度比五軸機(jī)床稍低,約為±100uM,但這完全可以滿足汽車鈑金覆蓋件和底盤件行業(yè)的精度要求了。而采用工業(yè)機(jī)器人大大降低了系統(tǒng)的成本造價,減少了耗電系統(tǒng)費用和系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)費用,減少了系統(tǒng)的占地面積。
其次,用光纖激光器代替CO2激光器。光纖激光技術(shù)是近幾年高速發(fā)展的激光技術(shù),相比傳統(tǒng)激光,具有更好的切割質(zhì)量,更低的系統(tǒng)造價,更長的使用壽命和更低的維護(hù)費用,更低的耗電。關(guān)鍵是光纖激光器的激光可以通過光纖傳輸,方便與工業(yè)機(jī)器人連接,實現(xiàn)柔性加工。
其三,本系統(tǒng)唯一的缺陷,是只能加工金屬工件,不能加工非金屬工件。這是因為本系統(tǒng)采用的是光纖激光,其波長為1064NM,相對于波長為10640NM的CO2激光,不易為非金屬工件所吸收的緣故。
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五軸機(jī)床+CO2激光器 |
工業(yè)機(jī)器人+光纖激光器 |
加工速度 |
據(jù)工件材質(zhì)、工件料厚和選配激光器功率大小而異,大幅面路徑的切割速度一般不超過8米/分鐘,切割小園小拐角的速度較快。 |
據(jù)工件材質(zhì)、工件料厚和選配激光器功率大小而異,如0.8MM厚碳鋼用500W激光器,大幅面路徑的切割速度可達(dá)15米/分鐘,但切割小圓小拐角的速度較慢。綜合切割效率與五軸機(jī)床相當(dāng)。 |
系統(tǒng)總價位 |
400-1000萬 |
100-200萬 |
重復(fù)定位精度 |
±50uM |
±100uM |
加工范圍 |
金屬和非金屬 |
金屬 |
激光器的維護(hù)費用 |
充He、Ne、CO2等,合計20元/小時 |
無需充氣,壽命長達(dá)10萬小時。 |
系統(tǒng)總耗電 |
30KW左右 |
8KW以內(nèi) |
輔助吹氣費用 |
據(jù)工件材質(zhì)、工件料厚不同而異 ,如2MM內(nèi)碳鋼,氧氣用量約6元/小時 |
同左 |
耗材費用 |
含切割嘴、保護(hù)鏡片、聚焦鏡片、陶瓷環(huán)、防撞環(huán)等,較為昂貴。 |
含切割嘴、保護(hù)鏡片、聚焦鏡片等,較為便宜。 |
冷卻方式 |
水冷,體積龐大 |
300W以上為水冷,體積小巧 |
系統(tǒng)占地面積 |
50-100平米 |
30平米以內(nèi) |
離線編程軟件 |
可以 |
可以 |
總之,采用工業(yè)機(jī)器人+光纖激光器的組合進(jìn)行加工,修邊沖孔等工藝一次完成,切口整齊無需后道工藝再處理,大大縮短了工藝流程,降低了人工成本和模具費用的投入,也提高了產(chǎn)品檔次和產(chǎn)品附加值。選配我公司的離線編程軟件,通過數(shù)模直接生成切割軌跡,拋棄了繁雜的人工示教,更加適合小批量多批次的維修市場、新品試制和非標(biāo)定制等一些個性化的切割需求。而且,投資高柔性高效率的激光切割設(shè)備,來代替昂貴的沖壓設(shè)備和剪裁設(shè)備,可以更加靈活的更換產(chǎn)品,把握市場。
耗電耗材:
系統(tǒng)耗電:<8KW(根據(jù)選配激光器功率大小而異)
零星耗材:<0.5元/小時(包括高功率激光器水冷系統(tǒng)的濾芯、切割頭氣嘴和切割頭保護(hù)鏡片)
吹氣費用:<6元/小時(以用純氧輔助切割2MM內(nèi)碳鋼為例)
性能指標(biāo):
激光功率:200W/300W/400W/500W/1000(根據(jù)工件材質(zhì)和料厚可選)
激光波長:1070NM
工作區(qū)域:半徑2米的半球形工作區(qū)域(選配半徑2米的機(jī)械手)
切割速度:0-15米/分鐘(根據(jù)功率大小和工件材質(zhì)與厚度可調(diào))
供電電源:三相交流380V
用電功率: <8KW(根據(jù)選配激光器功率大小而定)
冷卻方式:風(fēng)冷/水冷(根據(jù)選配激光器功率大小而定)
切割頭焦距:5-7英寸(根據(jù)工件厚度可選)
機(jī)械手重復(fù)定位精度:±0.1MM
機(jī)械手保護(hù)等級:IP65
系統(tǒng)使用壽命:十萬小時
系統(tǒng)保修:2年
系統(tǒng)選型:
1. 根據(jù)工件大小選配不同臂長的機(jī)械手。在置頂安裝的情況下,機(jī)械手為半球面的工作區(qū)域,考慮到用戶的實際加工情況和后期產(chǎn)品升級空間,建議采用臂長2.01米的機(jī)械手,可達(dá)直徑3米的半球形加工區(qū)域。
2. 根據(jù)工件材質(zhì)和厚薄選配不同功率級別的光纖激光器。金屬的切割以碳鋼、鋁和不銹鋼三種為代表,鋁等為高反射材料,同樣料厚情況下需選配更大功率的激光器,碳鋼比較容易切割,典型參數(shù)為2MM內(nèi)厚碳鋼選用200W激光器。具體選型可接洽我公司工藝工程師。
3. 根據(jù)工件厚薄選配不同焦距的切割頭,有3、5、7英寸可供選配。6mm以下薄板切割可選5英寸的中焦距切割頭,6mm 以上中厚板切割一般選用7英寸的長焦距切割頭。
4. 根據(jù)實際需要選配離線編程軟件。
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三維切割系統(tǒng)的七大技術(shù)優(yōu)勢:
1.因為采用了業(yè)內(nèi)最高精度的史陶比爾機(jī)械手,本體較輕,切割速度快,在小弧度的精細(xì)切割和大邊的高速切割方面具有明顯優(yōu)勢,實際切割速度可以達(dá)到18米/分鐘而無抖動,綜合加工效率是其他品牌機(jī)械手組合的兩倍,性價比高,還可以節(jié)約一組的耗材和人工,后期可以少追加設(shè)備也能滿足產(chǎn)能要求。典型參數(shù)為0.8MM厚碳鋼用300W激光器,大邊的切割速度可達(dá)10米 /分鐘以上, 采用400W激光器可達(dá)15米/分鐘以上。有些品牌的機(jī)械手,因為自重高達(dá)四五百公斤,吊裝后微小的抖動會通過2米臂長的放大,影響切割精度,所以不管用多大的激光器,實際切割速度一般不會超過6米/分鐘。
2.切割精度高。系統(tǒng)重復(fù)定位精度高達(dá)±0.1M,完全可以滿足汽車鈑金覆蓋件行業(yè)的精度需求。可切割直徑小至2MM的小圓,切割效果圓滑美觀,目測無形變和毛刺。
3.切割幅面大,實際死角小。選配臂長2.01米的機(jī)械手,除了實現(xiàn)直徑達(dá)3米的半球形三維加工區(qū)域外,還可實現(xiàn)2.5米×1.25米的二維平面切割
4.針對三維切割的現(xiàn)場情況,我公司自行開發(fā)了三維切割頭,性能穩(wěn)定,價格低廉,維修便捷。在汽車鈑金覆蓋件行業(yè),工件的形變和破損會引起切割頭的碰撞,加上工人操作的失誤,切割頭的碰撞與損壞更是不可避免的。而國外切割頭的維修周期長,價格昂貴,耗材費用偏高。
5. 根據(jù)實際需要選配離線編程軟件,可讀取UG,SOLIDWORK等三維作圖軟件導(dǎo)出的vda,igs,x_t,sldprt,prt,stp,ipt,par等格式的數(shù)模,修改后直接生成切割軌跡,代替人工示教,簡單易用。
6. 工業(yè)控制理念,模塊化設(shè)計,全系統(tǒng)的防護(hù)等級為IP55,機(jī)械手防護(hù)等級更是高達(dá)IP65,系統(tǒng)集成度高,故障少,抗沖擊振動,抗灰塵,無須光學(xué)調(diào)整或維護(hù),真正適合于工業(yè)加工領(lǐng)域的應(yīng)用。而其他同類產(chǎn)品為簡單集成,設(shè)備的穩(wěn)定性較差。
7.系統(tǒng)的工藝性和易用性較好。我公司對史陶比爾的機(jī)械手軟件做了大量的二次開發(fā),很多人性化的功能可以實現(xiàn),如專家數(shù)據(jù)庫功能。不同的材質(zhì)(如碳鋼和鍍鋅板和不銹鋼),不同的料厚,不同的速度,需要對應(yīng)不同的激光功率和吹氧壓力,我公司通過自行開發(fā)的數(shù)據(jù)庫功能模塊來實現(xiàn)參數(shù)的自動匹配,這就大大降低了對操作工人的要求,降低了對工人的管理難度。
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