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三維激光切割在一汽模具生產(chǎn)中的應(yīng)用
發(fā)布日期: 2015-10-17 10:56:51  作者: 管理員  點(diǎn)擊: 6782


三維激光切割是將激光切割技術(shù)應(yīng)用于立體工件的非接觸切割加工,激光頭的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)空間的曲線。在正常情況下一套模具只能針對(duì)一種工件一道工序,而三維激光切割能針對(duì)任意工件的任意工序。

1. 三維激光切割的優(yōu)點(diǎn)

首先,三維激光切割柔性化程度高,在工件產(chǎn)品發(fā)生變動(dòng)時(shí),例如曲面,修邊和孔等的變化更改,只需對(duì)激光切割的脫機(jī)程序進(jìn)行更改,因其使用的工裝夾具相對(duì)簡(jiǎn)單一些,所以工裝夾具改動(dòng)也方便。其次,三維激光切割相對(duì)其他切割方式,效率高、精度好、污染小、勞動(dòng)強(qiáng)度低以及節(jié)約成本。

由于三維激光切割具有上述優(yōu)點(diǎn),其廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)中,它能夠方便快捷的實(shí)現(xiàn)汽車覆蓋件的三維修邊和沖孔,也可以在一些小批量的試制中取代修邊和沖孔模具,甚至在一些量產(chǎn)車型的部分制件的修邊沖孔工序中完全由三維激光切割取代。

2. 三維激光切割機(jī)的應(yīng)用

我廠是國(guó)內(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)的龍頭企業(yè),目前使用的三維激光切割設(shè)備是德國(guó)Arnold公司19044Z X B龍門(mén)式激光加工系統(tǒng)(見(jiàn)圖1)。雖然該三維激光切割系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)效率提升不少,但是也存在一些影響生產(chǎn)效率和質(zhì)量的不足之處。

1

1)編程 三維激光切割有示教和離線兩種。對(duì)于示教編程:首先,示教編程占用機(jī)床時(shí)間長(zhǎng)。例如一個(gè)轎車側(cè)圍的修邊切孔編程大約需要兩天時(shí)間,此類程序編制的工作量大,勞動(dòng)強(qiáng)度大(見(jiàn)圖2),且在采點(diǎn)編緝過(guò)程中容易出錯(cuò)。其次,程序的可交換性差。對(duì)稱件(如左右翼子板)程序需重復(fù)編制。但示教編程的準(zhǔn)確性高,因?yàn)槠涫且徊揭徊酵ㄟ^(guò)大量的點(diǎn)數(shù)據(jù)采集構(gòu)成的程序,所以此類程序后期改動(dòng)量小,并且節(jié)約了購(gòu)買(mǎi)編程軟件的成本,對(duì)于占用機(jī)床時(shí)間對(duì)生產(chǎn)任務(wù)不忙的企業(yè)是合適的。

2 三維切割前刻線件手工標(biāo)示 


3 插板式支架切割車門(mén)外板

對(duì)于離線編程:使用編程軟件利用工件的數(shù)控模型編程(見(jiàn)圖3)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)很多,首先,效率高,編程速度快;其次,不占用機(jī)床,可以提前編制多個(gè)程序,方便安排生產(chǎn);并且此類程序方便更改,對(duì)稱工件無(wú)需要重復(fù)編程。相比示教編程,不需要全尺寸的刻線件,只需要幾個(gè)刻線點(diǎn)(三個(gè)以上)即可。但這種編程方式準(zhǔn)確度低,后期改動(dòng)大。因?yàn)殡x線編寫(xiě)的程序在機(jī)床加工時(shí)對(duì)程序坐標(biāo)系的定位是通過(guò)實(shí)際采集刻線點(diǎn)的機(jī)床坐標(biāo)值與數(shù)據(jù)模型中的理論坐標(biāo)值進(jìn)行比對(duì),通過(guò)某種算法擬合程序。也就是說(shuō),它會(huì)對(duì)實(shí)際工件的偏差做出相對(duì)應(yīng)的調(diào)整,使程序的軌跡更貼近于實(shí)際工件。但是這種策略幾乎可以肯定,實(shí)際加工出來(lái)的工件會(huì)有所偏差。而數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集一般設(shè)在較容易采集區(qū)域,只是根據(jù)這三個(gè)點(diǎn)間偏差來(lái)回移動(dòng)坐標(biāo)系,難免無(wú)法顧及全部。因此,在實(shí)際生產(chǎn)中,必須對(duì)程序進(jìn)行調(diào)整。

2)工裝支架 工裝支架通常有兩種制作方式。一種是插板式的,即通過(guò)切割出對(duì)應(yīng)產(chǎn)品形狀的鋼板,彼此拼搭而成。這種方法速度快,效率高,是一種粗定位。另一種是用鋼筋(管)焊在底座上和產(chǎn)品搭接部分或使用舊件的一部分(手工切割下來(lái)),或使用樹(shù)脂塊和產(chǎn)品貼附。這種方法更貼近實(shí)際工件。三維激光切割主要面對(duì)的是拉延件,無(wú)法用銷子等孔來(lái)定位,只能靠工件的形狀來(lái)定位,而薄板件的變形量又比較大,所以生產(chǎn)中在支架上輔以磁鐵等加強(qiáng)定位,如圖4、圖5所示。

4 轎車翼子板的工裝支架

5 小三維件簡(jiǎn)易工裝

3)激光切割系統(tǒng) 我廠的三維激光切割機(jī)床使用的是二氧化碳板條式激光器,激光發(fā)生器發(fā)出的激光需要經(jīng)過(guò)由設(shè)在機(jī)床各自軸上的反射鏡片組成的光路系統(tǒng)(所謂飛行光路)傳到激光切割頭的聚焦鏡上,再通過(guò)聚焦使平行光束變成光點(diǎn)照射在工件上,通過(guò)燒熔、吹屑等動(dòng)作完成切割工作。影響激光切割質(zhì)量的因素很多,激光的功率,模態(tài)頻率,整個(gè)光路系統(tǒng)的傳輸效率,穩(wěn)定性等,還有加工材料的光反射率,切割用氣體種類,氣體壓力,切割噴嘴的口徑大小,噴嘴的形狀,切割時(shí)的焦點(diǎn)位置,打孔的焦點(diǎn)位置,切割功率與速度的對(duì)應(yīng)等。這些是激光切割要考慮的因素,三維激光切割還需面對(duì)切割噴嘴與工件不垂直時(shí)加工狀態(tài)。這是由產(chǎn)品形狀與切割頭干涉所造成的,有時(shí)這種干涉使得加工無(wú)法順利完成,不得不更改工藝流程。三維激光切割對(duì)光路的準(zhǔn)確性要求高,即使機(jī)床的A軸(B軸)和C軸轉(zhuǎn)了很大的角度時(shí),光斑也要保證出現(xiàn)在噴嘴的中間位置,不能有大的偏差。

3.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)三維激光切割設(shè)備的生產(chǎn)實(shí)踐,三維激光切割對(duì)加工效率的提升是非常顯著的。對(duì)于二氧化碳板條式激光切割系統(tǒng),激光器的各種性能光束的純度,能量的密度,高負(fù)荷時(shí)輸出的穩(wěn)定性,激光氣體的壽命與經(jīng)濟(jì)性,對(duì)電壓變化的適應(yīng)性等都將極大地提高三維激光切割的能力、質(zhì)量與效率。機(jī)床方面光路系統(tǒng)的傳輸效率,激光頭的靈活性,程序的易改與方便化,智能化都是用戶期待的,也是廠家應(yīng)該努力的方向。

作者簡(jiǎn)介:汪勇,一汽模具制造有限公司。


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