柔性是激光最大的優(you) 勢

　　由於(yu) 板坯厚度變化、衝(chong) 壓模具磨損等一些不可控製的因素，車身衝(chong) 壓件的實際尺寸同設計尺寸之間存在著一些細微的、但卻不可預測和控製的誤差。而激光加工要求激光束的焦點位置精密控製在衝(chong) 壓件表麵，因此，將激光加工引入到汽車車身加工領域的難度是很大的。1979年，在世界上第一台三維激光切割機問世時，它還隻能進行汽車內(nei) 飾件的切割，而無法加工金屬衝(chong) 壓件。1982年，普瑞瑪工業(ye) 公司創造性地將電容式傳(chuan) 感器集成到了三維激光切割設備中，使機床可以自動“適應”衝(chong) 壓件彈性變形造成的誤差，從(cong) 而使三維激光切割技術真正成為(wei) 了汽車車身加工的一種新的精密、靈活的加工手段。

　　與(yu) 傳(chuan) 統的模具或手工加工不同，激光切割不但具有切縫窄（0.1～0.3mm）、加工精度高（尺寸偏差<0.1mm）、熱影響區小的優(you) 點，而且切口光滑平整，沒有毛刺和飛邊，加工後的零件不會(hui) 對下一道衝(chong) 壓工序中的模具形成任何損壞。激光加工的另一個(ge) 突出的特點是：它是一種沒有切削力的加工方式，在切割過程中零件本身不受力，因此三維激光切割零件的夾具設計和製造非常簡單，可以大大節省夾具的成本和縮短製造周期。

　　由於(yu) 這些優(you) 點，三維激光加工一經推出就馬上被汽車設計公司所采用，在樣車試製和小批量試生產(chan) 中發揮了巨大的作用，並逐漸地被廣泛應用於(yu) 模具製造和小批量的變形車及特種車生產(chan) 等領域。

　　在傳(chuan) 統的試製階段，衝(chong) 壓件的切邊和切孔等工作隻能依靠手工完成，一般至少需要兩(liang) 到三道工序，分別完成內(nei) 框、孔、內(nei) 輪廓和外輪廓的切割。而內(nei) 框、內(nei) 輪廓的切割對於(yu) 手工操作來講是極其困難的，在切割過程中出現廢品的機率較高，而且手工加工無法保證切割件的重複精度，根本無法滿足市場上對產(chan) 品質量越來越苛刻的要求。此外，每個(ge) 零件必須手工劃線，加工時間長，加工後的產(chan) 品必須逐件進行檢驗，很難符合車型開發周期越來越短的客觀要求。但對於(yu) 激光加工來說，所有這些問題都不存在：所有的切割（包括孔、槽、內(nei) 外輪廓等）均可通過數控程序在三維激光切割機上一次完成；無論是加工一件還是一百件，其尺寸均完全相同；加工過程全部自動完成，徹底避免了可能出現的各種人為(wei) 誤操作所導致的廢品。最重要的是，激光切割大大提高了零件的生產(chan) 效率，從(cong) 開始編程、準備夾具到切割出合格的產(chan) 品，激光加工隻需數小時就可以完成原來人工需要數周甚至數月的工作量。在 “時間就是金錢”、“時間就是市場”的今天，開發周期的長短直接影響著產(chan) 品能否成功占領市場和生產(chan) 廠商的成敗，因此，在試製階段采用激光切割技術已經越來越成為(wei) 各主機廠、設計公司和模具公司的唯一選擇。

　　同傳(chuan) 統衝(chong) 壓加工相比的成本優(you) 勢

　　由於(yu) 三維激光切割技術在車身試製領域中展現的突出優(you) 點，從(cong) 20世紀90年代初開始，人們(men) 開始逐漸考慮將三維激光切割作為(wei) 切割模具的替代品，直接用於(yu) 中小批量、變形車、特種車和備件的生產(chan) 之中。

　　同傳(chuan) 統的模具衝(chong) 壓相比，激光切割最大的劣勢是單件加工周期相對比較長。以轎車車門內(nei) 側(ce) 板為(wei) 例，從(cong) 拉延成型到完成全部衝(chong) 切工序，采用模具衝(chong) 壓大約需要6min左右（半自動衝(chong) 壓線），而如果采用激光加工則需要10min左右。但作為(wei) 柔性加工方式的一種典型代表，激光加工所需的準備時間非常短，通過先進的CAD/CAM軟件，從(cong) 數模轉換、加工程序生成到工裝夾具準備完成，全部過程隻需一天的時間，而準備好同樣的全部衝(chong) 切模具則至少需要兩(liang) 到三個(ge) 月。三維激光加工另一大突出的優(you) 點就是大大降低了產(chan) 品的生產(chan) 成本。在零件成型後，所有的衝(chong) 切工作全部可由激光完成，無需準備昂貴的衝(chong) 切模具，這將大大提高投資回報率。另外，激光加工全部通過數控程序控製，不但可隨時根據需要進行修改，而且一旦需要馬上可以切換到其他產(chan) 品的生產(chan) ，產(chan) 品改變所需的成本隻是重新編程和準備工裝的費用，這同更換全套模具所需的巨額投資相比，完全可以忽略不計。

　　假設某一個(ge) 轎車需要10個(ge) 車身覆蓋件，如果采用常規的衝(chong) 切模具進行生產(chan) ，所需模具的成本大約在200～400萬(wan) 美元之間，全部的工裝準備、設計調試的人天工作量需要25個(ge) 月，而如果采用三維激光切割設備，全部切割準備的總成本僅(jin) 為(wei) 5萬(wan) 美元，而所需的時間也僅(jin) 為(wei) 50天。由此可見，即使三維激光切割機的采購成本高達100萬(wan) 美元，生產(chan) 一個(ge) 車型所需模具的投資也僅(jin) 相當於(yu) 三台大型三維激光切割機床的價(jia) 格，而且這裏還不包括購買(mai) 壓力機所需的費用。

　　因此，對於(yu) 中小批量規模生產(chan) 的車型，完全可以考慮用兩(liang) 到三台激光切割機並行工作，替代全部衝(chong) 切模具的工作，在保證相同生產(chan) 效率的同時，不但可以為(wei) 用戶節省巨額的模具開發製作成本，而且還可以大大縮短新車上市的時間。這種並行模式所帶來的另一個(ge) 好處是即使一台設備出現了故障，也不會(hui) 導致整個(ge) 生產(chan) 線停機，而隻是損失1/3的生產(chan) 率，大大降低了生產(chan) 管理風險。最重要的是，一次性購買(mai) 的激光切割機可以反複用於(yu) 各種零件的加工，幫助廠家避免了車型改變所帶來的投資風險。

　新世紀的新發展

　　進入21世紀後，在日本、美國及歐洲的汽車工業(ye) 中，人們(men) 越來越關(guan) 注保持自己在市場中的競爭(zheng) 力尤其是研發能力。小批量生產(chan) 、訂製生產(chan) 已經成為(wei) 一種發展方向。這種生產(chan) 方式融合了手工製造及大批量生產(chan) 兩(liang) 者的優(you) 勢，同時避免了手工生產(chan) 的成本過高以及大批量生產(chan) 缺乏靈活性的缺點。

　　在這種條件下就要求激光加工設備的製造商必須不斷地對自己的產(chan) 品進行技術革新並保持自己產(chan) 品的競爭(zheng) 力，在設計中不僅(jin) 要注意滿足目前汽車覆蓋件加工應用中的需要，而且要為(wei) 用戶今後的發展做好準備，即為(wei) 小批量生產(chan) 模式預先提供合理的解決(jue) 方案。針對最近幾年中汽車車身工業(ye) 用戶對設備在以下三個(ge) 方麵的性能改進表現出強烈的需求——更快的加工速度、更大的加工範圍（特別是目前非常成功的MPV、SUV、皮卡對這方麵需求更加強烈）以及具有靈活性、結構緊湊、操作簡明等特點，普瑞瑪工業(ye) 公司專(zhuan) 門對其旗艦型三維激光加工機床OPTIMO做了全新的設計。新改進的OTPIMO機床的行程為(wei) 2500mm×4500mm×920mm，是目前市場上加工範圍最大的標準三維激光切割機床之一。它采用龍門框架式結構，全部運動部分均架在空中，整個(ge) 加工區域全部麵向用戶開放，具有非常好的可接近性，用戶可根據自身產(chan) 品的情況選擇從(cong) 手工到全自動的多種配置方案。在動態性能方麵，OPTIMO也達到了前所未有的水平：其最大定位速度為(wei) 84m/min，最大加速度為(wei) 0.5g，同老式激光加工機相比，其加工效率提高了至少一倍。同時，OPTIMO采用集成式結構設計，不但安裝簡便迅速，還具備可以快速安裝及可以在不同的生產(chan) 部門之間快速重新定位的功能，就像最新型的車床和磨床一樣。

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　　新材料、新工藝更需要激光

　　隨著人們(men) 對汽車舒適性和安全性等方麵的要求越來越高，逐漸增加車身尺寸、考慮使用四輪驅動技術、增加更多的電子設備等在汽車工業(ye) 中越來越成為(wei) 趨勢，而所有這些都不可避免地會(hui) 增加整車的重量，並導致同降低油耗這一目標之間的矛盾，唯一的解決(jue) 辦法就是在不影響性能的同時降低車身自身的重量。這一點可以從(cong) 目前內(nei) 高壓成型零件（IHU）和高硬質鋼材料（溫熱成型鋼）在汽車車身領域的廣泛使用得到驗證。

　　內(nei) 高壓成型是通過高壓乳化液（水和添加劑）使處於(yu) 模具內(nei) 的空心件（主要為(wei) 管狀件）外壁完全緊貼模具而成型。用這種方法生產(chan) 出的零件成型精確高，重量輕，並可將原來需要焊接的多根管材一次成型完成，減少了焊接次數並提高整體(ti) 強度，其良好的強度重量比和低生產(chan) 成本使其在車身和底盤結構中也得到了廣泛的應用。由於(yu) 內(nei) 高壓成型件的形狀非常複雜，而且有一定數量的孔和槽要切割，因此采用傳(chuan) 統的衝(chong) 切模具是無法加工的，三維激光切割是目前最佳的解決(jue) 方案之一。

　　高硬質鋼材料（溫熱成型鋼）具有極高的內(nei) 部張力（1500MPa/mm2），因此彈性變形非常小，非常適合在汽車車身對強度要求高的部位使用，如保險杠支架、前梁、側(ce) 梁、加強筋等位置。而在相同的強度要求下，高硬質鋼的重量比正常鋼板要輕許多，並可減免很多焊接工序，因此在保證安全的前提下可以有效地降低車身的重量。正是因為(wei) 這原因，這種材料的零件幾乎無法采用傳(chuan) 統的衝(chong) 切模具方式加工，而唯一的解決(jue) 方式就是三維激光切割。

　　激光焊接有巨大的發展前景

　　由於(yu) 激光焊接技術的焊接速度快、焊縫質量高，已經在越來越多的領域取得了成功，當然也包括汽車車身製造領域。激光不等厚板拚焊就是一個(ge) 成功的例子。所謂不等厚板拚焊，就是將不同材料或不同厚度的板材通過激光焊接成整張板材，然後進行衝(chong) 壓成型，這樣生產(chan) 的零件既可以滿足車身結構局部對強度的要求，又可以降低對強度要求不高的局部的材料重量，達到降低整車重量的目的。激光焊接速度快（可達8m/min），焊接後板材的變形非常小，而且焊縫質量非常好，其焊縫的強度甚至超過了母體(ti) 。

　　目前最新應用的焊接技術是遙控激光焊接。它是指焊接頭在距離焊點500～700mm的距離進行焊接，以徹底解決(jue) 焊接過程中工裝夾具和焊頭之間互相幹擾的問題。同時，遙控焊接還具有無與(yu) 倫(lun) 比的速度優(you) 勢：其每個(ge) 焊點（焊縫）的平均焊接時間僅(jin) 為(wei) 0.5s，一台遙控激光焊接單元的工作效率相當於(yu) 10～20台焊接機器人。由於(yu) 其在效率和降低投資、減輕維護成本等方麵的優(you) 異表現，目前這一係統已經在車門、車地板、車身側(ce) 圍和分裝組件等裝配線上獲得了成功的應用。

　　先進三維激光加工設備的共同點

　　21世紀的激光加工設備還應該具有一些新的特點，以符合技術不斷進步的要求。首先，先進的三維激光切割機應采用全飛行光路技術，即加工過程中工件和夾具保持靜止不動，全部的運動由加工頭完成，加工過程不受工件重量、尺寸、占地麵積及夾具等方麵的限製。因為(wei) 激光加工本身就是一種沒有切削力的加工方式，采用飛行光路技術後，工裝夾具隻起支撐和定位的作用，而無需考慮工件移動帶來的定位和固定等問題，可以大大節省用戶工裝夾具設計的成本和時間。同時，由於(yu) 工件靜止不動，機床的運動部分幾乎沒有負載，這大大降低了機床自身的磨損，可以保證設備長期穩定可靠的運行。另外，由於(yu) 采用了飛行光路技術，機床的占地麵積大大減少，並可靈活配置各種自動上下料係統以充分利用設備的效率。

　　三維激光加工設備另一個(ge) 關(guan) 鍵技術就是其加工頭的設計。好的五軸加工頭不但應該結構緊湊、設計簡潔、具有非常好的接近性，同時它還可以實現連續n×360°(無限製旋轉）和120°的擺動，即使是非常複雜的零件表麵（如內(nei) 高壓成型件），也可以非常好地接近加工並減少五軸編程的工作量。

　　當然，成熟的三維激光設備還應通過歐洲CE和美國CDRH安全標準認證，配置有完善的安全防護係統，在加工過程中將加工區域完全封閉，不但可保證操作人員的安全，還可大大提高加工區域內(nei) 廢氣抽風除塵係統的工作效率。目前先進
 

的三維激光切割機的各數控軸已全部采用光柵尺全閉環反饋控製，其定位精度和重複定位精度比市場上采用編碼器半閉環控製的傳(chuan) 統設備提高了一個(ge) 數量級。