家用机器人

激光切割作为金属加工的一种重要方法，广泛应用于工业制造领域。

随着机器人技术和光纤激光技术的不断发展，机器人激光切割技术在切割复杂三维零件和特殊型材方面具有巨大优势，可广泛应用于汽车制造、金属加工、模具制造等行业。

特别是在汽车行业，高强度钢等新材料的应用将使机器人激光切割成为未来自动化关键技术之一。机器人激光切割生产出来的最终产品可以和传统的五轴切割机床相媲美。使用机器人进行激光切割不仅可以提高生产的灵活性，还可以降低投资成本。

机器人激光切割不同于点焊、搬运和电弧焊等传统应用。机器人的重复定位精度已经不能作为衡量机器人激光切割质量的参数标准，但轨迹重复精度绝对更重要。可惜目前国内大部分机器人厂商都没有提供这个参数。

如下图所示:A型机器人虽然重复定位精度达到0.02mm，但轨迹重复精度为0.19mm，而直线路径精度只有1.03 mm，显然B型更适合激光切割机器人。

对于复杂的三维零件，传统的示教编程显然不能满足高精度的激光切割工作，尤其是一些品种多、批量小的试制零件，必须使用仿真软件来提高编程效率。我们知道，由于加工误差和齿轮间隙，机器人无法保证各轴的坐标零点，但仿真软件中机器人的各轴都是绝对零点，问题就出现了。机器人的理论坐标系与实际坐标系不重合，离线编程的轨迹往往与实际相差很大，最大偏差超过15 mm，这时候就需要“绝对精度”的工具了。绝对精度是一个软件补偿工具，让一个真实的机器人成为一个理想的机器人。它可以校准精确定位机器人TCP， 使用激光跟踪仪跟踪定位器移动时的系统偏差和漂移，并使用软件校准绝对精度。经过绝对精度标定，机器人离线精度可达0.5 mm。

近年来，随着健身器材等行业的快速发展，客户对切割成型管件的需求越来越大。很多管件需要切割相贯线进行后续焊接，仅靠机器人的移动已经不能满足完美的切割路径。这时候就需要加一个外轴来配合机器人切割相贯线。

在调试传统机器人时，我们习惯用定位销来标定机器人工具的坐标系。由于激光切割精度要求高，建议在调试时使用激光工具校准TCP。

为了方便使用，已经推出了基础软件，包括Tool、KUKA和ABB。它们的共同特点是模块化结构，使用方便的指令可以保证激光应用的集成和编程非常方便省时。根据预定义的形状指令，可以轻松完成复杂形状(如孔、槽、矩形、六边形和CAD模型)的编程。直观的用户界面简化了激光切割程序的创建。机器人和外围设备(如激光发生器和激光切割头)采用标准化接口，可以设置信号和管理工艺参数。

一些机器人制造商还开发了迭代学习功能，使机器人在工作中学习。机器人切割的时候，通过学习算法，每次切割同样的图案都会越来越准确。先进的迭代学习控制算法改进了机器人的切割方式，记录路径形状并与期望形状进行比较，然后根据差异产生偏置，从而逐步提高机器人的切割性能。如下图所示:切割7mm的孔时，使用迭代学习功能后，切割精度从0.38mm提高到0.08-0.11mm。

激光切割的主要参数:

1.切割速度

给定激光功率密度和材料，切割速度符合经验公式。只要在阈值以上，材料的切割速度与激光功率成正比，即提高功率密度可以提高切割速度，切割速度也与待切割材料的密度和厚度成反比。提高切割速度的因素有:

(1)提高功率(500-)；

(2)改变光束模式；

(3)减小焦点尺寸(如使用短焦距透镜)对于金属材料，其他工艺变量保持不变，激光切割速度可以有一个相对的调节范围，仍能保持满意的切割质量。切割薄金属时，此调节范围更宽。

2.焦点位置

激光束聚焦后的光斑大小与透镜焦距成正比，短焦距透镜聚焦后的激光束光斑大小很小，焦点处功率密度高，有利于材料切割。

但由于焦深短，调节余量小，一般适合高速切割薄材料。对于较厚的工件，由于焦深较宽，只要有足够的功率密度，长焦距镜头适合切割。因为焦点处的功率密度最高，所以在大多数情况下，切割时焦点位置正好在工件表面或略低于工件表面，所以保证焦点与工件的相对位置是获得稳定切割质量的重要条件。有时，由于透镜的功率密度最高，很难切割工件。

3.辅助气体

辅助气体与激光束同轴喷射，以保护透镜免受污染，并吹走切割区域底部的熔渣。对于非金属和部分金属材料，采用压缩空气或惰性气体去除熔化蒸发的材料，同时抑制切割区域的过度燃烧。

4.辅助气体压力

大多数金属激光切割利用活性气体(氧气)与热金属形成放热氧化反应，这种额外的热量可以提高切割速度1/3-1/2。高速切割薄板时，需要较高的气体压力以防止切槽背面粘渣，当材料厚度或切割速度较慢时，可适当降低气体压力。

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