激光切割岛的应用方案

前言

现代汽车外观设计越来越多样化，对单板零件的冲压工艺要求也越来越复杂，当引入的新零件所在的冲压车间无钢/铝板五序能力，而对该零件的加工必须五序才能完成，这时为了不牺牲造型及零件设计的实际需求，不得不在冲压车间增加五序压机，这将带来一笔巨大的投资。

为了降低设备成本，提高车间柔性，本文引入了一种车身车间内的激光切割岛替代冲压五序的解决方案。同时深入研究了将来潜在需要复杂加工的单板零件种类，结合一定的数据分析，在该激光切割岛内预留一定的加工柔性。方案中使用机器人带激光头切割，不仅满足了一般定位孔以及修边的切割需求，并预留了特殊图形切割的能力。此方案在新车型引入时的设备总投资小，改造难度低，对日后单板零件的车身厂内加工提供了柔性方案，省去了冲压车间的设备改造。

1 现状分析

1.1 冲压车间现状

一般情况下，冲压车间主要承担着钢/铝外覆盖件的冲压生产的任务，其工艺主要分为分离工艺和成形工序两大类。如果产品单板设计上要求较多较复杂的分离工序，主要为冲孔、修边等，那么潜在的该单板件在所要求的产能下可能无法在冲压四序完成，需要额外的五序来完成整个产品工艺。这样无形间增加了冲压的费用投入与场地占用面积。我们常说的此类零件有四门两盖及翼子板等，那结合现有产品的分析，其中冲压工艺较为复杂的车身单板零件就是侧围外板、后盖外板、后举门内外板、门内外板、翼子板等。

1.2 协同加工分析

根据冲压的现有能力以及潜在的加工需求，在车身车间设立一个具有切孔和修边功能的柔性化切割岛，配合冲压的四序能力，可以大幅提高白车身单板零件加工的工艺能力。

一般地，车身车间对于冲孔、修边的特殊工艺需求，会采用传统的模具类设备，专机专用，这样加工不同的零件特征就需要多套不同的模具组合，设备量较大且不能灵活改造运用，后序引入新零件时设备及场地投入也巨大。本文引入的切割岛使用机器人带激光头进行切割，相比传统的专用模具，不仅可满足产品成型的合格率要求，而且其最大的优势在于灵活运用的柔性，其预留了不同图形加工的可能性，更能实现修边、切边等普通圆形冲头不能完成的任务。

2 方案设计

2.1 工位布局

基于上述现状分析，对于单板零件上冲压四序无法完成的情况，我们提出以下两种车身协同加工的工艺方案：

2.1.1双机器人带激光头切割岛

假设我们将四个门盖类零件（较小）以及两个侧围零件（较大）的切割规划在同一切割岛内，那么四个门盖类零件布置在一个四面转台上，两个侧围类零件布置在一个两面转台上，整个岛的平面尺寸可以布置在14*10米之内，如图1所示。其中，布置两台带激光切割头的机器人对称地摆放在两个带工装转台的之间，整个工位由以下必要的设备组成：1）机器人，2）四面转台，3）双面转台，4）激光器，5）水冷机，6）冷干机，7）空压机，8）集尘器，9）工控机，以及相对应的控制柜等。

此布置方案的想法是可以满足六个以上不同零件的加工，假设工人的上料时间是0.5分钟，人工上料的同时机器人在另一个转台工作面进行加工。理论上按照最大切割速度10米/分钟，平均切割速度5米/分钟的数据计算，在等效10个孔及2.5米总加工长度内，一对转台工装的最大产能为42.5JPH。如果单车需要加工两个门盖类零件和两个侧围零件，则单车的最低工艺能力为20JPH。

所以此方案可以满足多车型、高柔性、高节拍的车身车间厂内加工需求。

图1 双机器人带激光头切割岛

2.1.2单机器人带激光头切割岛

考虑到厂内空间、设备成本、加工对象及节拍需求等因素的综合影响，上述双机器人带激光头切割岛的方案可以简化为单种零件的小型切割岛，即单机器人带激光头切割岛。那么该切割岛的最大能力即是将四个小型零件规划在同一切割岛内，将两个双面转台布置在机器人的相邻两方向，分别为图2中的工位一及工位二，每个转台可摆放两个小型零件，整个岛的平面尺寸可以缩减到10*9米之内。此方案中，仅需要布置一台机器人带激光切割头以及两个带工装双面转台，比上述双机器人带激光头切割岛节省了一台机器人及激光头，其他的必要设备和上述最优方案相似。

文章来源：《激光杂志》 网址: http://www.jgzzzz.cn/qikandaodu/2020/0929/485.html