背景介紹 

       2012年11月28日，由華工激光法利萊公司聯合華中科技大學、中航精機科技股份有限公司等單位合作開發的“激光加工在汽車零部件的典型應用與(yu) 裝備”係列項目順利通過專(zhuan) 家組鑒定。武漢科技大學孔建益教授、東(dong) 風汽車公司黃鬆總工等省內(nei) 知名專(zhuan) 家及華工科技總裁王中、華工科技專(zhuan) 家院士工作站成員段正澄院士、邵新宇教授出席了鑒定會(hui) 。 

       此次鑒定包括“汽車座椅調角器激光全自動焊接加工技術與(yu) 裝備”、“汽車管類零件激光在線高速焊接加工技術與(yu) 裝備”及 “汽車變檔套激光雙工位自動切割加工技術與(yu) 裝備”三個(ge) 項目。鑒定會(hui) 委員聽取了項目組所作的工作報告和技術研究報告等，審閱了相關(guan) 鑒定資料，考察了生產(chan) 現場，經質詢與(yu) 認真討論，一致同意此次項目鑒定成果，獲得圓滿通過。 

       華工激光法利萊公司與(yu) 華中科技大學合作開發的“汽車變檔套激光雙工位自動切割加工技術與(yu) 裝備”項目，加工出產(chan) 的零件為(wei) 德國大眾(zhong) 汽車配套的變速裝置關(guan) 鍵零件，原僅(jin) 為(wei) 德資奧地利廠商生產(chan) 。項目設備采用一係列當今世界頂尖技術，使其加工能力及加工質量均超過原產(chan) 設備，且成本僅(jin) 為(wei) 國外的三分之一，得到德方認可。自華工激光法利萊公司批量生產(chan) 該零件後，德資奧地利廠商已停止該零件的加工。目前，國際上僅(jin) 有華工激光法利萊公司的設備能加工出產(chan) 該零件。 

       汽車工業(ye) 的發展對車體(ti) 質量提出了更高的要求。激光切割技術不僅(jin) 在加工質量方麵優(you) 於(yu) 傳(chuan) 統加工方法，而且生產(chan) 效率也得到顯著提高。激光切割技術飛速發展，其工藝步驟簡單，切割速度快、切縫寬度小、加工質量高、可大幅度降低成本、縮短新車型的研發周期，具有良好的經濟價(jia) 值和應用前景，在汽車工業(ye) 中的應用越來越廣泛。 

       本課題以汽車變檔套為(wei) 應用對象，研製相關(guan) 的激光切割加工設備，以替代傳(chuan) 統工藝，提高生產(chan) 效率，提升自動化程度。采用 CO2 激光器配以相應的導光係統、工裝夾具、上下料係統、控製係統等進行激光切割技術開發，研究實用化的激光切割關(guan) 鍵技術、工藝、質量檢驗與(yu) 控製措施，並將各加工製造係統有機集成，實現在線生產(chan) ，滿足生產(chan) 能力要求，以加速提高國有汽車零部件製造業(ye) 生產(chan) 水平。 

1. 引言 

       目前在許多國外汽車製造公司中，激光切割技術的應用非常普遍，主要用來開發新車型、在線切割、變形車生產(chan) ，例如切割樣車零件，車身覆蓋件的切孔、修邊，切割方向盤孔、車身擋風板、車頂蓋支架孔、安全氣囊部件、液壓成型部件等。 

       對於(yu) 汽車變擋套，國外主要是德國 SITEC（思泰科）激光加工中心生產(chan) 相關(guan) 產(chan) 品，德國思泰科工業(ye) 技術公司（SITEC）專(zhuan) 業(ye) 從(cong) 事激光加工設備研發和製造的高科技企業(ye) ，在歐洲是眾(zhong) 多精密加工生產(chan) 商的知名合作夥(huo) 伴。其生產(chan) 的 LWS 係列激光加工中心應用在德國大眾(zhong) 汽車公司、雪鐵龍公司、西門子 VDO 公司、德爾福等眾(zhong) 多汽車零部件生產(chan) 公司。國內(nei) 還未見有汽車變檔套采用激光切割方法的設備。 

       因此，汽車變檔套激光切割是激光加工應用的新領域。傳(chuan) 統的加工方式是采用衝(chong) 床，效率不高，精度較低，切割端麵有毛邊。采用激光切割方式，可以使切割效率大幅提高，並且精度較高（激光切割表麵粗糙度可達Ra6.3~12.5微米），切縫熱影響區小，幾乎無變形，切割質量優(you) 秀。 

2. 係統介紹 

       法利萊的裝備采用整體(ti) 式設計，激光器、外光路、切割頭、四軸聯動、上下料機構均布置其上，提高了整套係統的硬、軟剛性，克服了光路不穩、加工誤差大的缺陷，保證了定光路設計的可靠性，在可靠性上比國外的分體(ti) 式設計更具優(you) 勢。整體(ti) 設備布局圖如圖1所示。床身部分設計緊湊，占地麵積小，放棄了傳(chuan) 統的激光器支架，機床電櫃，機床床身三件分離方案，達到更穩定、更可靠、精度更高的目的。采用機械手進行變檔套的上下料，在機械手上安裝快換夾具進行變檔套自動上下料，機械手與(yu) 切割頭相互配合進行全自動上下料與(yu) 激光切割，效率更高。 

圖1 整體(ti) 設備布局圖

       該設備具有切割頭的X、Y、Z軸運動和切割的旋轉軸C軸四軸聯動功能；在相應夾具配合的情況下，激光設備切割專(zhuan) 用的導向套筒功能，工裝夾具如圖2所示；功能區域封閉，並具有工作區域照明功能；配置激光防護罩，保證操作者和設備的安全。

 
圖2 工裝夾具

1. 工藝研究 

       在實際生產(chan) 中，激光切割質量的優(you) 劣一般指切割尺寸精度高低和切割端麵質量的好壞。目前國際上對激光切割的質量評價(jia) 還沒有一個(ge) 統一的標準，一般從(cong) 以下四個(ge) 指標進行判斷：切口寬度及表麵粗糙度；熱影響區的寬度，有無燒傷(shang) ；切口斷麵的波紋；切口斷麵或下表麵有無掛渣。 

        影響激光切割質量的因素很多，除了切割參數和工件本身特性的影響以外，還同照射功率密度、噴嘴直徑和噴嘴與(yu) 工件表麵間距等因素有關(guan) 。綜合國內(nei) 外大量的理論研究和實驗分析，影響激光切割質量的主要因素可以分為(wei) 兩(liang) 類：一類是加工係統性能和光的影響；另一類是加工材料因素和工藝參數的影響。在影響激光切割質量的諸多因素中，有的是由加工工作台本身確定的，如機械係統精度、工作台振動程度等；有的是材料固有的因素，如材料的物理化學性質、材料的反射率等；而還有一些因素是要根據具體(ti) 的加工對象以及用戶質量的要求做出選擇，進行相應的調整，來確定相關(guan) 的參數，如輸出功率、焦點位置、切割速度以及輔助氣體(ti) 壓力等等。因此，對於(yu) 一個(ge) 完整的係統，必須對其可控因素與(yu) 加工質量之間的關(guan) 係進行深入地研究，在掌握其規律基礎上，采用數控方法進行最優(you) 化控製。圖3為(wei) 變檔套切割成品。

 
圖3 變檔套切割成品

2. 總結 

該項目主要成果如下： 

（1）整體(ti) 式設計，激光器、外光路、切割頭、四軸聯動、上下料布置保證了定光路設計的可靠性。 
（2）采用獨特的輔助裝置，使用雙工位圓盤上料裝置，提高效率，確保安全,柔性上料底盤補償(chang) 坯料的尺寸及形狀誤差。 
（3）簡單的掛鉤撥叉下料裝置動作精確柔和，避免了國外機型氣缸撞擊(或高壓吹氣)的震動與(yu) 噪音以及對設備精度的影響，且降低了成本。 
（4）夾持機械手根據零件的形狀及誤差特性，采用了四點柔性預定位及契形鎖緊原理，保證了對零件夾持的準確及可靠性。 

產(chan) 品加工精度全部滿足客戶Cmk值要求，屬於(yu) 加工免檢類設備。變檔套激光切割機采用了一係列當今世界上的頂尖技術，使其加工能力及加工質量均超過德國設備，得到德方的認可，成本僅(jin) 為(wei) 國外的三分之一。