圖3 決定激光機(jī)器人單元加工周期的因素。以切割10個圓孔和3個型孔為例，上下料和裝卡需20s液壓成型管激光切割系統(tǒng)配置的優(yōu)化主要取決于速度、成本和質(zhì)量，其中GSI激光器一個突出的功能是可以產(chǎn)生幾百赫茲的脈沖輸出，峰值功率高于連續(xù)波平均功率的2倍。這不僅可以產(chǎn)生更快的穿刺，在進(jìn)行垂直于表面的切割時，還可以產(chǎn)生更快、更穩(wěn)定的切割；對于半徑小的圓進(jìn)行切割，可以保證邊緣切割的質(zhì)量更好；對于反射性材料進(jìn)行切割，可使速度更快，如鋁和鍍鋅板。

對機(jī)器人的選擇

機(jī)器人運(yùn)動的精度、光滑度和重復(fù)性決定了切割精度。激光切割幾毫米厚材料的精度為±35mm，包括機(jī)器人路徑，精度為±250mm。機(jī)器人點(diǎn)對點(diǎn)的重復(fù)定位精度決定了實(shí)際加工點(diǎn)的位置，大約為±70mm。

一個合適的機(jī)器人應(yīng)至少有六軸運(yùn)動，并可再加一個或更多軸來旋轉(zhuǎn)或移動長的工件。負(fù)載為激光切割頭，通常小于10kg。

切割頭

如前文所述，切割頭應(yīng)該小、窄、輕且快，并能耐受較臟的切割環(huán)境。大的金屬氧化物顆粒和煙塵會損壞光學(xué)鏡片和移動機(jī)構(gòu)，而不銹鋼結(jié)構(gòu)和滑塊密封結(jié)構(gòu)會減少磨損，快換式、預(yù)準(zhǔn)直的切割噴嘴和聚焦鏡片還可快速更換。此外，新型切割頭還可以防止碰撞。當(dāng)在切割中產(chǎn)生飛濺和等離子云，或在進(jìn)行斜角切割時，保持切割頭與工件的固定距離至關(guān)重要，GSI的切割頭可以做到這點(diǎn)，并可在加工中不斷地進(jìn)行自我校準(zhǔn)。

將光纖、電纜和氣管固定在一起，需遠(yuǎn)離切割區(qū)，以免工件在加工中受阻或使其在運(yùn)動中扭曲，所有的管路都應(yīng)安置在切割頭的一側(cè)。切割頭為直角是最好的，這樣光纖可以沿機(jī)器人手臂固定，不僅可減少光纖在切割頭上的扭曲，也可使更多的光纖用于工作區(qū)。

直角切割頭也可以使用閉環(huán)的攝像監(jiān)視系統(tǒng)通過鏡片在焦點(diǎn)位置取像，然后在監(jiān)視器上放大，以方便示教編程。這個功能配合電容傳感器的信號，可讓機(jī)器人自動找到工件表面的法線方向。操作者將切割頭設(shè)置到行程中點(diǎn)或示教點(diǎn)，根據(jù)監(jiān)視器上放大的圖像沿著主線或特征中心點(diǎn)進(jìn)行編程。在每一點(diǎn)，可以通過找到該點(diǎn)附近幾點(diǎn)的高度自動確定法線方向，從而使機(jī)器人帶動切割頭移到法線方向，并將其作為正確點(diǎn)進(jìn)行輸入。

光纖傳導(dǎo)的激光器機(jī)器人切割系統(tǒng)早在20世紀(jì)90年代初就已用于生產(chǎn)，最好的液壓成型件切割系統(tǒng)的選擇標(biāo)準(zhǔn)包括切割速度、運(yùn)行成本、邊緣質(zhì)量和掛渣的去除、正常運(yùn)行時間以及頭期投資成本。在激光器滿足速度快、切割質(zhì)量高和掛渣去除容易的情況下，還應(yīng)注意選擇氧氣和電消耗最少的激光器。選擇到合適的系統(tǒng)，可使運(yùn)行成本減少15～20%。