简单分析史陶比尔双机器人热成型件激光切割系统

挑战

热成型件柔性加工：汽车制造新挑战



近年来汽车市场对安全性和轻量化的需求日益突出，超高强度的热成型件由于其高强度轻质量的特点被大量使用。采用热冲压成型技术制得到冲压件强度可高达1500Mpa，且在高温下成型几乎没有回弹，凭借其成型精度高、成型性好及质量轻的显著优点被汽车制造领域大量使用，广泛用于车门防撞横梁、前后保险杠等安全件以及A柱、B柱、C柱、中通等车体结构件的生产。

然而，超高强度轻质量的热冲压件也给汽车制造带来新的困难。在热成型件的生产工艺中，热成型件经过冲压后从模具中取出后，还需要对其进行后续处理，如利用酸洗或喷丸的方式去除零件表面的氧化皮，以及对零件进行切边和钻孔。由于热冲压件的强度太高，结构复杂，传统的平面机械切割工艺难以满足，必须使用激光技术来完成。三维光纤激光切割工艺是目前解决此类问题的一种重要方案。涉及热冲压业务的汽车零部件公司在激光设备方面有两个基本选择，五轴激光切割机床或六轴机器人激光切割系统。然而采用进口五轴激光切割机床的成本居高不下，引发了市场对低成本的柔性切割设备或生产线产生的旺盛需求。

解决方案

三维激光切割双机器人系统：精度、效率、成本的最佳效果

针对热成型件加工难，成本高的特点，作为机器人激光应用的领先者，史陶比尔机器人联合本土系统集成商推出了双机器人热成型件三维激光切割系统。采用标准的机器人本体，选用史陶比尔高速机器人TX90XL，通过集成商定制高速灵敏的轻型切割头，同时借助史陶比尔开放的软件及运动控制系统，结合双机器人柔性生产组合解决方案来达到精度、效率、成本结合的最佳效果。



作为史陶比尔机器人明星产品之一，TX90XL系列的特点是结构密封、高速和极出色的运动轨迹，由于热成型件的特殊需求才加入到激光切割的应用领域。史陶比尔TX90XL六轴机器人本体仅重116kg，额定负载为5kg，具备1450mm的球形工作区域。由于史陶比尔机械手臂的特殊机械结构和减速器专利，确保了无可匹敌的轨迹控制精度和速度，同时最大程度地降低了机器人工作盲区，扩大有效加工空间；重复精度可达±0.04mm，前三轴的角速度为400°/s，约为普通机器人速度（130°/s）的三倍。

成果
深度本土化集成
双机器人热成型件激光解决方案通过实际加工测试能达到略超过最新五轴高速激光切割机床的加工效率，同时切割精度能达到热成型件产品的需求，10mm小圆切割圆度精度误差在0到0.1mm误差以内。与五轴机床同等外围配置水平的双机器人解决方案，整机成本远低于进口高速五轴机床约的价格，这让行业用户可以批量使用找到了最佳的解决方案，解决了成本的大问题。在机器人和系统集成商共同努力下，精度和效率再一步提高可以提升双机器人热成型件切割解决方案的竞争力。

该解决方案中，本土集成商通过努力实现了高水平的技术集成。集成商采用特殊定制的切割头及随动系统配合史陶比尔TX90XL机器人，避免了由于负载局限性和高速运动下形成的关节过载和系统抖动，实现稳定的激光和运动的机器人手臂的优势相结合。

同时集成商对机器人运动控制进行了深度定制。热成型件对定位孔的要求非常高，标准的机器人在精度和速度的极限状态下很难达到热成型件苛刻的精度和速度要求的平衡，本土的集成商通技术研究和对热成型件切割的特性以及切割图形的分析，得到最佳的切割速度和精度要求的结合。