机器人激光切割技术在轨道车辆制造中的应用

1.概述

    随着对轨道车辆质量要求的不断提高，三维激光切割技术作为一种重要的加工手段，近几年在轨道车辆制造中获得应用。机器人激光切割技术具有精度高、柔性强、加工范围广等优势，可用于各种三维冲压件的切割加工。

2.在轨道车辆制造中机器人激光切割技术应用现状

    (1)机器人激光切割的优点 

    机器人激光切割激作为一种柔性的三维板金加工技术，除具有激光切割的优点外，还主要具有以下优点：

    ①精度高。机器人激光切割激精度主要由激光切割精度和机械手运动精度决定。一般情况下，激光切割的光速定位精度在±0.03mm，切割面粗糙度12.5um左右，切割的精度在0.l~0.3mm；而机械手的重复运动精度一般情况下为0.l~0.2mm，因此，机器人激光切割激精度在±(0.2-0.5)mm。

    ②柔性强。机器人激光切割具有三维和二维激光切割的功能，可以进行二、三维切割。同时，可以进行碳钢、不锈钢和铝合金等金属板材的加工，切割轨迹采用程序控制，因此可以进行多种产品的加工，具有较强的柔性。

    ③加工范围广，可以完成复杂工件的加工。由机器人的允许轨迹再附加机器人轨道运动和工作台运动，构成复杂的空间运动，因此空间方位和可达的范围广，可以加工各种复杂的三维工件。

    由于上述优点，机器人激光切割技术在轨道客车和其他行业中获得应用，大大提高了车辆制造质量，市场前景广阔。

    (2)在轨道车辆制造中机器人激光切割技术应用现状 

    目前在轨道交通车辆制造中，虽然国内外的轨道车辆制造厂家广泛采用了激光加工和机器人技术，但机器人激光切割技术的应用却处于开始阶段。主要用于不锈钢、碳钢及铝合金等金属板料三维冲压件的切割加工，例如各种车顶弯梁、侧墙立柱等零件的三维切头和孔加工。由于采用机器人激光切割技术，代替了原来的无齿锯切割之后再用手工等离子切割三维形状的落后工艺，提高了工件的切割精度和质量，解决了工作场地砂轮粉尘等环境污染问题，改善了劳动环境，推动了切割技术的进步，具有较大的市场应用前景和潜在市场需求。机器人激光切割设备加工的产品示例如图1所示。

图1  机器人激光切割设备加工的产品示例

3.机器人激光切割技术

    机器人激光切割技术涉及机器人技术和激光切割技术，在轨道交通车辆制造中应用该技术和设备，除考虑产品特点、产能和激光设备及机器人设备的技术要求外，主要应解决以下几方面的技术问题。

    (1)选择合适的机器人和激光器 

    一般根据产品的形状、尺寸和机器人的性能选择合适的机器人规格，以满足切割轨迹的需要。当机器人轨迹受限，无法满足切割需要时，可以增加机器人的轨道运动和工作台运动来实现。激光器的选择主要根据切割的材料、切割速度要求及切割成本等因素综合考虑。机器人激光焊切割设备与切割机器人分别如图2、图3所示。

图2  机器人激光切割设备

图3  切割机器人