作者：楊（yáng）興，東風汽車模具衝壓有限公（gōng）司模具分公（gōng）司製造技術部。

        1. 概述
   
       近年來，多軸激（jī）光切割技（jì）術以加工應用範圍廣、工（gōng）藝靈活多樣、加工精度高、質量好、生產清潔、易實現自動（dòng）化、柔性化和智能化等（děng）優點正逐步取代傳統的加工方法。汽車工業（yè）是一個需要大量加（jiā）工和測試的生產（chǎn）型產業（yè），也是激光技術應用最廣泛的行業之（zhī）一。
 
        如今多軸激光（guāng）切（qiē）割加工在汽車的新產品（pǐn）開發中，已逐漸取代傳統汽車（chē）覆蓋件（jiàn）的手工送樣，成為（wéi）汽車製造商（shāng）縮（suō）短開發周期、降低成本，提高競（jìng）爭力的有力工具。汽車模（mó）具生產的特點導致（zhì）了（le）在落料模、修邊衝（chōng）孔模製（zhì）造中試驗尺寸不易控製（zhì）的問（wèn）題，該類模具生產（chǎn）周期相對較長，送（sòng）樣階段模（mó）具尺寸往往沒有定型時，主機廠已經需要樣件裝車。為此（cǐ），激光切割（gē）技術（shù）在汽車零件的（de）送樣階段加工、應用，有（yǒu）效地縮短了模具試驗尺寸的周期（qī），同時激光（guāng）切割汽車零件的高質（zhì）量和高效率為單件小批量或者（zhě）迂回提供製（zhì）件帶（dài）來了（le）可能。特別是（shì）在（zài）小批（pī）量供件時，可以（yǐ）直接采用激光切割技（jì）術，節省工裝費用，經濟（jì）效益十分明顯。在模具生產中使用（yòng）激光切割技（jì）術，可以取代以（yǐ）往手工生產樣（yàng）件（jiàn）的工藝，合理（lǐ）地消除以往（wǎng）手工（gōng）生產誤差和（hé）幾個樣件的不（bú）統一性，提高模具生產中的技術含量和生產能力。本文重點闡述了激（jī）光切割技術在（zài）汽（qì）車產品送樣階段的（de）應用。
 
        2. 激光切割設備概況（kuàng）
 
        我公司使用（yòng）的OPTIMO 2545型數控激光切割機（見圖1）是由意大（dà）利（lì）普瑞瑪電器公（gōng）司設計製造的（de），其工作流（liú）程如圖2所示（shì）。OPTIMO是一種大型龍門框架式結構的機床（chuáng），它主要由床（chuáng）身（shēn）、激光發生器、數控係統、導光係統、冷卻係統（tǒng）及高壓切割（gē）係統（tǒng）組成。激光發生器主要作用是產生激光束；導光係統由發射（shè）鏡和（hé）聚焦透鏡組成，它的作用是將激光發生器產（chǎn）生的激光束傳遞到加工頭來進（jìn）行激（jī）光切割加工；數控係統控製機床的運（yùn）動，同時控製加工過程中（zhōng）所有的工藝參數，例如加工速度、激光（guāng）器參（cān）數等；高壓切割（gē）係統主（zhǔ）要用於在切割不鏽鋼時使用（yòng）N2或其他保護氣體以減少切割時工件邊緣的氧化；冷卻係統用於將激光器（qì）和導光係統中所產生的熱量帶走。
 
        由於（yú）激光切割加（jiā）工的工藝要求，激光光束必須和加工對象表（biǎo）麵法向垂直才能得到較好的加工質量（liàng）。因此，對於三維（wéi）激光切割加工來說，除了需要X、Y、Z三個直線軸控（kòng）製空間位置外，還需兩個旋轉軸形成五軸（zhóu）聯動，才能進行有效（xiào）地切割加工。OPTIMO2545型激光（guāng）切割（gē）機由X、Y、Z三直線軸，繞Z軸擺動的A軸，繞X軸擺（bǎi）動的B軸構成（chéng），這樣（yàng）可以保證焦（jiāo）點以恒速運動且光束垂直於加工（gōng）表麵對象。另外切割頭還有一個可快速運動（dòng）的隨動C軸，其行程為±7.5mm（見圖3）。
 

  
        3. 激光切割軟件的使用
 
        （1）原（yuán）始數據的擬（nǐ）合 使用類（lèi）似POWERSHAPE等軟件產生的SPLINE線直接進行加工，發現局部線串過多，激光（guāng）加工（gōng）滯留（liú）時間過（guò）長（zhǎng），會導致工件（jiàn）被灼傷。因（yīn）此，在進行FORMA數據格式轉換前，應將SPLINE線擬合成為直線和圓弧（與（yǔ）掃描數據擬合成為（wéi）線切割線圖的過程基本一致）。FORMA、PEPS軟件也提供了一些簡化（huà）數據線的方法，但操作相對比較麻（má）煩。
 
        （2）編程和加工基準的確立 激光切割機的機床加工坐（zuò）標（biāo）係符合右手笛卡兒坐標係，因為機器本身不能設定類似與數控機（jī）床的相對坐標係，所（suǒ）以要（yào）按（àn）照三點定位法建立適合激光加（jiā）工的坐標（biāo）係（xì）。在導入數（shù）據前的（de）模型（xíng）中設立不在同一直線上的（de）三個點，以這三個點（diǎn）作為基準點（diǎn）。①將這三個基準點的坐標值記錄好後，傳輸給操作者，在主（zhǔ）模型標出此三點。②將數模與三個基準點（diǎn）使用平移的功能移動到相對合適（shì）的位置。注意：此時的（de）X，Y值必須（xū）為正，Z值必須為負（機床的編程範圍X-100~4300；Y0~2500；Z0~-900；Z值為Z-500~-600加工為好）。③在建立好的坐標係下，測量出三個基準點的坐標（biāo）值，以後（hòu）這三個值（zhí）將輸入到程（chéng）序代碼中去，以（yǐ）便補（bǔ）償使用。④上述的工作必須在數據（jù）格式（shì）轉換前完成（chéng），否則將給以後（hòu）的工作帶來極大不便。⑤進行數據的格式轉後，可以進行後續的編程工作。
 
        （3）編（biān）程軟件（jiàn）的使用 激光切割（gē）程序（xù）生成的步驟如下：
 
        第一步，直接創（chuàng）建（jiàn）、提取或直接導入CAD圖形；編（biān）程時應利用UG軟件的CAD功能，通過UG和PEPS軟件的數據接口實現最終（zhōng）的（de）激光切割編程。之所以使用UG軟件，是因為我公司CAD/CAM平台使用的是UG軟件，利於（yú）數據的轉換和保存。UG軟（ruǎn）件提供（gòng）大量線擬合的工具，方（fāng）便修改數（shù）據；PEPS軟件的優勢在（zài）於激光切割程序的編（biān）製。激（jī）光定（dìng）位流程如圖4所（suǒ）示。
 
        第二步， 自動（dòng）定位工件位（wèi）置，因其包含一個快速的切割工件機床定位係統，采用易用的偏移模式，自動（dòng）選擇中心，並可對軸超程進行監測。
 
        第三步（bù），選取曲麵或實（shí）體進行加（jiā）工（gōng），每一個加工路徑（jìng）可直接在界麵上（shàng）點取後進行修正，切割修正包括切割激光頭控製、牽引向下/中止/向上控（kòng）製、切割移動、增加微連接、增加轉換點、改變工藝點、改變切割次序、自動過切與空跑過濾及報警係統。第四步，PEPS自動產（chǎn）生（shēng）夾具（jù）係統，可采用多重夾具設計工藝產生（shēng）組合交叉夾具與夾具網格，並可產生夾具DXF與NC程序。第五步，PEPS調用相應的機床後置係（xì）統，選（xuǎn）取按“材料/厚度”對應的（de）機床切割工藝，自動產生（shēng） CNC代碼與工藝文（wén）件。
 
        （4）切削參數的使用 保證穿孔和切割質量的前提條件：氧氣的純度≥99.95%；透鏡和噴嘴的品質良好；材料的質量可靠（經鑒定, 材料（liào）的含氧化物和（hé）磷化物的指標合格，無（wú）噴漆）；激光切割（gē）的模式穩定。1mm碳鋼的穿孔和切割參數如表1、表2所示（噴嘴直徑（jìng）為2mm）。
 
        4. 激光切割中出現的問題及解決方案
 
        激光切割的過（guò）程中，分為穿孔階段和切割階段。出現的切割質量問題，綜合下來（lái）主（zhǔ）要受材料、切割速度、切割氣體及聚焦點等多個方麵共同（tóng）影響。穿孔和切割階段的問題和解（jiě）決方案分別如表3、表4所示。
 

        
  
  
                                                           表1 穿孔參數

                                                      表2 切割參數

                                                     表3 穿孔階（jiē）段的問題和解決方案

                                         表（biǎo）4 切割階段的問題和解決（jué）方（fāng）案

       5. 結語
   
       由於五軸聯動和激光（guāng）束在加工過程中始終與工件表麵垂直的特點，所以激光切割可實現多（duō）輪試定輪廓的一次切割完成。同時由於激光切割具有切割質量好、切割速度快、曲線尺寸（cùn）容易控製、編程簡單的特點，使得激光切割（gē）的應用極大縮短了輪廓試定時間，改善了（le）汽車零件送（sòng）樣狀況。
 
      同時我公司PEPS軟件的引進使用，解決了以往激光切割軟件使用的（de）不便，使編程（chéng）人員編製激光切割程序（xù）更加易（yì）於操作，合（hé）理避免激（jī）光頭的（de）幹涉碰撞問題，激光定位自動生成為生產車間提供了方便，改變以往塑料支架的製作，使激光夾具（jù）更利於加工和存放；同時減輕了操作人員的勞動強度。