激光切割气动卡盘

近年来，随着高亮度磁盘和光纤激光器的发展，三维激光材料操作工艺从中受益匪浅。这些激光器具有光线耦合激光导航、激光品质好、效率高、脉冲好、体积小、投资成本低等优点。此外，在焊接切割组合处理中采用同样的加工头还具有一些固有的优点，比如缩短工艺链、灵活性强、精确度高等，这些使得三维激光处理加工更加引人瞩目。组合切割焊接系统亮度高的原因在于操作窗口增大，能够改变头部距离。一束足够亮的激光细长聚焦带能采用小的焊嘴支座切割出极窄的切口,同时采用同样的焊嘴和一个大的焊嘴支座组合，，也能创造良好的焊接条件。

本文提出了一种带有集成波束导航设备的新型组合头设计。这种设计可以优化三维处理工艺。而且，可编程的激光调制控制能够允许三维轮廓的切割速度有较大的变化，在实际应用中的整个切割速度范围内获得无毛边的切口。三维组合头技术的一个典型应用即使不改变相对于焊嘴喷口的聚焦距离是在汽车B立柱的修边、圆孔切割、焊接等操作上。在同一台机器上不改变工艺头实现激光切割和焊接两种操作，可为激光工艺带来很多好处。组合头是这种灵活生产工艺的关键，仅仅通过自动更换气体类型和气体流量、聚焦和焊嘴的位置以及激光功率和速度就能实现两种工艺的快速切换。所谓的“独立焊嘴”能提供切割所需的气体喷流和焊接所需的保护气体。同轴焊嘴设计的独特之处在于允许光学透镜和焊嘴（即使在切割时）之间存在一个开放的空间，这个开放空间用于十字喷嘴的结合。

当我们在焊接过程中需要同轴焊嘴流出的气体容量小、气流均匀时，这种喷嘴有助于保护光学透镜免受烟尘和飞溅的影响。与独立的切割和焊接系统相比，组合切割焊接工艺具有以下几个经济效益优势:缩短并整合的工艺链；设备利用率高；可变的产品柔性和费用效率；降低移动、定位和固定工件所产生的成本。组合操作的附加值同时，下述的技术优点也必须指出:切割和焊接具有相同的工具中心点（简称TCP）；根据技术经济标准自由选择合适的切割和焊接操作顺序。这些优点提高了操作的准确性，缩短了工艺尺寸链。比如，由于先前采用组合头切割的焊边在进行焊接时系统已经知道了沿着切割边焊缝追踪坐标,因此焊接时就不再需要追踪系统。既然TCP在焊接时是不变的，焊点的路径就能在机器坐标系内被精确定位。在组合工艺中，工件一次固定，无论切割还是焊接操作都采用相同路径。

切割焊接轮廓的精度好，定位可靠。因此，即使采用中等精度的机器人，比如活动关节式机器人也能在比平常高得多的速度下进行操作加工。非线性专用箱体的制造就采用了组合头，运用了相同路径的概念。一个6轴机器人样机。从左到右，先通过激光切割制备好焊边，然后将焊边放在一起，再沿着相同路径进行焊接。最终，切割的焊接箱体被精确地定位并焊接在一起。即使在相同路径的概念改变焊嘴距离和聚焦位置的自适应的透镜与电动焊嘴在切割和焊接转换过程中来说都是必须的。当然，这种方式也可以选择，但事实证明，在许多应用场合中采用自动焊嘴时，采用相同局部距离对切割和焊接来说都是合适的。这就意味着聚焦位置和焊嘴距离相对于工件表面都可以同时改变，当从切割向焊接转变时只需要简单地抬高整个组合头即可。更少的透镜和电子元件可以减少组合接头的复杂性,使之紧凑且确保足够高的牢固性。

当然，通过可编程的机械控制，头部距离、气体类型和流量、光束电源以及工艺速度一样都可以自动调节。同时,组合头还允许精确地手工调节激光在横向和轴向的聚焦。根据组合工艺的需要，合适的激光品质、恰当的瞄准及聚焦透镜布置都是上述概念成功的关键条件。激光功率调制三维应用根据轮廓需要，工具中心点（T-Cp）的速度根据三维应用场合的不同动态变化。直线路径和小半径路径之间的因子为10或20。当切割时在低速部分会导致切割质量变差，产生毛边,而焊接时则会产生不规则焊缝。组合工艺中，正如标准切割和焊接工艺，解决一些由于速度变化所产生问题，只需简单地通过激光功率控制速度。然而，为了达到整个速度范围内的无毛刺切割质量，就需要有专门的激光功率调节，本文开发出可编程的激光调制控制，能够调节频率、占空比和激光功率的幅度，使之与速度相适应。通过控制脉冲频率和占空比，能够调节平均功率和每个速度的脉冲空间重叠。此外，通过幅度调节,其深度和能级都能根据要求的工艺特性进行调节。

三维性能（光束品质高、组合头部优化、调节控制）等的特征影响在汽车应用场合中得到证明，该实例称作B-支柱的组合工艺。随着现代采用热成型高强钢制造撞击车身组件的发展，建立了激光修剪和切割这些组件的孔径，因为这些高强钢材料很难被机械切割。采用组合工艺，能够采用同样的装置将焊接操作与工艺链整合在一起，获得如前所述的各种优势。首先，在B-支柱上切割几个孔；其次，切割最终的直径；然后，将一个加强板焊接在支柱上；最后，通过加强板和B-支柱再切割孔，所有的操作都通过一次装夹完成,因此外部轮廓和孔之间位置公差能够保证。