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机器人三维激光切割应用
数控技术部 陈明 2019年7月2日
目 录：
机器人三维激光切割应用
一． 控制系统软硬件介绍 二． 常用技术方案介绍 三． 典型工装介绍 四． 运动控制优化讨论
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机器人三维激光切割应用
工业机器人的组成
工业机器人一般由执行机构、控制系统和驱动系统组成
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机器人三维激光切割应用
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机器人三维激光切割应用
机器人管件切割系统配置
序号
子系统
1 光纤激光器 2 冷水机 3 机器人
4 激光切割头 5 旋转式交换台
往复式交换台 6 激光防护房 7 除尘过滤系统 8 随动控制盒 9 离线软件 10 控制系统软件
厂商 德国IPG 河北同飞 法国Staubli 日本FANUC 德国PRECITEC 德国WEISS
THANK YOU！
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动生动精密的工装夹具。
机器人三维激光切割应用
下一步计划
需要进一步提高机器人集成能力，提高系统精度和速度，特别是系统的安 全、稳定性，让汽车行业用户逐步开始批量采用机器人柔性激光切割解决方 案。非金属切割存在较大的市场，CO2激光器其波长10.6um的辐射，能为各 种非金属材料很好的吸收。
美国唐纳森
美国MASTERCAM
备注
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机器人三维激光切割应用
主要应用领域
机器人柔性激光切割在汽车行业的应用正变得日益普遍，这与激光技术 的发展和机器人精密轨迹控制技术的完善有着密不可分的联系。新形势下， 汽车使用者的需求正变得多样化和个性化，越来越多新车型涌现。大部分车 出现逐步批量缩小的态势，因为部分汽车厂商无法预测和保证将来某一车型 的销量和稳定的产量，所以开始尝试低成本的机器人激光柔性切割设备或生 产线。这种趋势从汽车备件市场开始，不断地向工程机械、客车、农用车、 电动车等领域拓展和普及。一方面激光切割往往要求很高的位置精度，且对 小圆等小轨迹精度有很高的要求；另一方面取决于机器人的效率，一般机器 人各个轴关节运动控制速度比较慢，同时机器人手臂重量过大不适合高速运 动；第三方面是机器人的刚性，刚性差的机器人抖动厉害，机器人循迹性差， 而且机器人变形厉害，无法准确达到工件数模中需要切割的精确位置。
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目 录：
机器人三维激光切割应用
一． 控制系统软硬件介绍 二． 常用技术方案介绍 三． 典型工装介绍 四． 运动控制优化讨论
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机器人三维激光切割应用
工业机器人按坐标系分类
关节坐标机器人，优点：工作范围大，动作灵活；缺点：位置精度低， 控制有复杂的耦合问题
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机器人三维激光切割应用
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机器人三维激光切割应用
史陶比尔的优势
史陶比尔采用的独特专利减速系统JCS，公司将一百多年在精密机械上的经 验技术成功应用于机器人上。这就是为什么史陶比尔可以在小孔切割 上得到客户认可的原因。将五轴机床技术成功移植到机器人离线编程技术和 自动生成工装夹具是机床行业得到推广的关键技术之一，这些技术在机器人 领域的开发和成功应用，使得机器人柔性激光切割解决方案和汽车行业应用 无缝链接。传统的机器人编程方式是在线示教编程，费时费力，特别是汽车 覆盖件或者管件，需要切割的都是复杂空间曲线，示教无法达到设计要求。 史陶比尔采用ROBOTMASTER软件进行STUBLIRX160L机器人离线编程。 ROBOTMASTER机器人离线软件可以虚拟真实的切割环境，包括机器人、激 光切割工具头、工件及夹具。软件可以快速设置和优化最佳机器人切割姿态， 如果系统出现干涉或者超出范围，软件会智能提示。通过离线软件还可以自
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机器人三维激光切割应用
史陶比尔的优势
史陶比尔公司，设计领域最宽的就是汽车行业，针对汽车行业需求，史 陶比尔在激光方面推行RX160L倒装方式龙门结构机器人柔性切割系统解决方 案，该系统从以下几个方面有了突破：大尺寸机器人宽幅面。采用RX160L机 器人，超过昂贵的五轴机床的工作台宽度，一般汽车零部件尺寸都在RX160L 倒装机器人工作区域内，有些大工件也可以通过移动平台来实现。手臂重量 轻，刚性好。史陶比尔采用整体铸造管状结构保持刚性；材料选变形较小但 重量轻的航空铸铝。RX160L机器人手臂重量只有250kg，而欧系相同手臂的 机器人要超过400kg，非常不适合机器人柔性光切割的需求。机器人的机械精 度差异。机器人机械精度除了刚性差异外，最重要的差异在于机械传动的误 差，而机械传动的误差主要体现在减速器上。
工业机器人按坐标系分类
直角坐标机器人，优点：位置精度高，控制无耦合，简单可靠；缺点： 结构庞大，动作范围小，灵活性差
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机器人三维激光切割应用
工业机器人按坐标系分类
圆柱坐标机器人，优点：通用性强，结构紧凑；缺点：结构庞大，动作 范围小，灵活性差
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机器人三维激光切割应用
工业机器人按坐标系分类
球坐标机器人，优点：结构紧凑，位置精度尚可，工作范围大，占地面 积小；缺点：控制系统复杂
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机器人三维激光切割应用
工业机器人按坐标系分类
关节坐标机器人，优点：工作范围大，动作灵活；缺点：位置精度低， 控制有复杂的耦合问题
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机器人三维激光切切割是利用工业机 器人灵活和快速的动作性能，根据切割 加工工件尺寸的大小不同，可以选择将 机器人正装或者倒装对不同产品、不同 轨迹进行示教编程或离线编程，机器人 的第六轴装载光纤激光切割头对不规则工件进行三维切割；光纤激光切割头 上配备随动装置和光路传输装置，利用光纤将激光传输到切割头上，再利用 聚焦系统进行聚焦，针对不同材料厚度的板材开发出不同工艺参数对三维金 属板材进行多方位切割，满足生产需求。