激光打標加工具有很好的柔性:
(1) 激光器本身是一個(gè)比較簡(jiǎn)單而且易于控制的裝置,如果把它產(chǎn)生的光束聚集成極細的光束,就可以切割;散焦一點(diǎn)就可以焊接;再散焦一點(diǎn),就能進(jìn)行熱處理。
(2) 采用激光加工,不僅加工速度快,效率高,成本低,而且避免了模具或刀具更換,縮短了生產(chǎn)準備時(shí)間周期。易于實(shí)現連續加工,激光光束換位時(shí)間短,提高了生產(chǎn)效率??蛇M(jìn)行多種工件交替安裝。一個(gè)工件加工時(shí),可卸下已完成的部件,并安裝待加工工件,實(shí)現并行加工,減少安裝時(shí)間,增加激光加工時(shí)間。
(3) 激光束采用直接驅動(dòng)和導向方法。激光可作旋轉、傾斜、上下左右移動(dòng)等運動(dòng),能加工工件的垂直面和復雜表面;而且直接驅動(dòng)沒(méi)有空程,精度高。將激光的控制和機器人相結合,用機器人來(lái)移動(dòng)或多軸線(xiàn)方式方式翻轉光束下的零件,可加工一些用傳統方法加工比較困難的零件。
(4) 采取多級快速反應的防撞措施,光束導向裝置接觸工件時(shí),運動(dòng)系統立即停機,使系統不被破壞,避免了昂貴的維護;碰撞后能快速而簡(jiǎn)單地恢復工作,減少了碰撞引起的停機時(shí)間,提高了激光系統的加工效率和可靠性。
(5) 激光頭可自由運動(dòng),目前激光頭已達5個(gè)運動(dòng)軸,即使工件在加工時(shí)保持固定,仍可實(shí)現復雜工件的加工,而且只要利用移動(dòng)旋轉工作臺,就可加工比軸行程大的零部件。激光束采用自動(dòng)聚焦控制。激光系統直線(xiàn)軸可沿光軸或任意軸定位,以保持光束聚焦;焦點(diǎn)位置任何時(shí)刻都精確可知,而且行程無(wú)限制。圖1示出了自動(dòng)聚焦控制與鏡頭伺服控制的比較,由圖看見(jiàn),鏡頭伺服系統中聚焦透鏡與激光系統移動(dòng)無(wú)關(guān),因此焦點(diǎn)位置無(wú)法確定。
1、柔性制造系統(FMS)
柔性制造系統(Flexible Manufacturing System 縮寫(xiě)FMS)是指適用于多品種、中小批量生產(chǎn)的具有高柔性且自動(dòng)化程度高的制造系統。柔性是FMS的最大特點(diǎn),即系統內部對外部環(huán)境的適應能力。FMS自其誕生以來(lái)就顯示出強大的生命力,它克服了傳統的剛性自動(dòng)線(xiàn)只適用于大量生產(chǎn)的局限性,表現出了對多品種、中小批量生產(chǎn)制造自動(dòng)化的適應能力。隨著(zhù)社會(huì )對產(chǎn)品多樣化、低制造成本、短制造周期要求的日趨迫切,由于微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)、機械與控制設備的進(jìn)步,柔性制造技術(shù)發(fā)展迅猛并日臻成熟。實(shí)用表明,柔性制造技術(shù)具有如下特點(diǎn):具有較高的柔性、機構性和通用性;轉產(chǎn)快、準備時(shí)間短;備利用率高,可實(shí)現無(wú)人看管24h連續工作;加工質(zhì)量高且穩定;所需費用低;相同產(chǎn)量占地面積是傳統設備的60%。由此可見(jiàn),正是由于柔性制造技術(shù)的這種高效、靈活的特性使其成為實(shí)施敏捷制造、并行工程、精益生產(chǎn)和智能制造系統的基礎,且應用日益廣泛,已成為制造領(lǐng)域的核心技術(shù)。而按規模大小FMS主要分為:柔性制造單元(FMC);柔性制造線(xiàn)(FML);柔性制造系統(FMS)。
一般柔性制造系統的主要組成部分為:
(1) 加工系統
FMS采用的設備由待加工工件的類(lèi)別決定主要有加工中心、車(chē)削中心或計算機數控(CNC)車(chē)、銑、磨及齒輪加工機床等,用以自動(dòng)地完成多種工序的加工。
(2) 物料系統
用以實(shí)現工件及工裝夾具的自動(dòng)供給和裝卸,以及完成工序間的自動(dòng)傳送、調運和存貯工作,包括各種傳送帶、自動(dòng)導引小車(chē)、工業(yè)機器人及專(zhuān)用起吊運送機等。 ?
(3) 計算機控制系統 ?
用以處理FMS的各種信息,輸出控制CNC機床和物料系統等自動(dòng)操作所需的信息。通常采用三級(設備級、工作站級、單元級)分布式計算機控制系統,其中單元級控制系統(單元控制器)是FMS的核心。 ?
(4) 系統軟件 ?
用以確保FMS有效地適應中小批量多品種生產(chǎn)的管理、控制及優(yōu)化工作,包括設計規劃軟件、生產(chǎn)過(guò)程分析軟件、生產(chǎn)過(guò)程調度軟件、系統管理和監控軟件。 ?
2、激光打標柔性加工系統的實(shí)現 ?
由上述文字我們可以發(fā)現激光加工與柔性制造系統有很好的相容性,把兩者結合起來(lái)形成激光柔性加工系統,在彼此相互配合良好的條件下肯定會(huì )收到非凡的效果并取得良好的收益。
隨著(zhù)激光與材料的相互作用的進(jìn)一步研究,激光加工技術(shù)也必將廣泛的應用在柔性制造系統上。 ?
實(shí)現激光加工的柔性系統化主要指激光加工頭能靈活機動(dòng)地引導激光束到達零件的待加工位置。從激光加工機床所能加工零件的復雜程度看,又分平面二維和空間三維激光加工,大功率激光三維加工是未來(lái)激光加工的方向的發(fā)展方向,為了實(shí)現激光加工的靈活性,三維激光必須采用運動(dòng)光學(xué)系統。大功率三維YAG激光加工系統通常采用機器人(或機器手)配合光導纖維進(jìn)行光束傳輸,由機器人挾持著(zhù)激光頭完成各種運動(dòng),激光則通過(guò)光導纖維傳送到激光加工頭處,到達工件表面,這種加工系統中,光束的傳輸和聚焦特性不受加工位置的影響。 ?
機器手作為激光柔性加工系統的重要組成部分,其運動(dòng)狀態(tài)的穩定性直接影響著(zhù)加工質(zhì)量。而對于大功率CO2激光,則是通過(guò)一組光學(xué)鏡片(鏡組)進(jìn)行傳輸。這些鏡組安裝在多軸聯(lián)動(dòng)(一般是5軸聯(lián)動(dòng))數控加工機床上,激光從激光器發(fā)射出來(lái)后,經(jīng)過(guò)若干反射鏡,傳送到激光加工頭。 隨著(zhù)加工位置的變化,加工機床帶動(dòng)激光加工頭運動(dòng)。結果使鏡片之間的距離以及激光束的行程不斷發(fā)生變化,這些變化將影響激光束能量分布和聚焦特性的變化,從而影響了加工過(guò)程,目前,這兩種加工系統都得到廣泛應用。