史陶比爾工業(yè)機(jī)器人有限公司供稿

史陶比爾有著百年精密機(jī)械設(shè)計(jì)制造與高速運(yùn)動(dòng)控制的經(jīng)驗(yàn)，汽車行業(yè)是史陶比爾工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用最多的行業(yè)之一。針對(duì)汽車行業(yè)需求，史陶比爾推行RX160L倒裝方式龍門結(jié)構(gòu)機(jī)器人柔性切割系統(tǒng)解決方案。如圖所示，該系統(tǒng)從以下幾個(gè)方面做出了重大突破：

突破一：大尺寸機(jī)器人寬幅面

采用RX160L機(jī)器人，2.05 m的球型工作區(qū)域，切割臺(tái)面寬度可以達(dá)到3 m，一般汽車零部件尺寸都在RX160L倒裝機(jī)器人工作區(qū)域內(nèi)，有些大工件也可以通過(guò)移動(dòng)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。工作臺(tái)寬度超過(guò)昂貴的五軸機(jī)床，其他一般機(jī)器人都是非球型工作區(qū)域，所以實(shí)際切割中會(huì)遇到死角，迫使切割中斷，重新起弧切入，這讓汽車行業(yè)客戶無(wú)法接受。

突破二：手臂重量輕，剛性好

史陶比爾采用整體鑄造管狀結(jié)構(gòu)保持剛性；材料選用變形較小但重量輕的航空鑄鋁。RX160L機(jī)器人手臂重量只有250 kg，而歐系相同手臂的機(jī)器人要達(dá)到400多kg或600多kg，非常不適合機(jī)器人柔性激光切割的需求。在實(shí)際的項(xiàng)目中也證明了這一點(diǎn)。

突破三：機(jī)器人的機(jī)械精度差異

機(jī)器人機(jī)械精度除了剛性差異外，最重要的差異在于機(jī)械傳動(dòng)的誤差，而機(jī)械傳動(dòng)的誤差主要體現(xiàn)在減速器上。一般機(jī)器人的減速系統(tǒng)都很龐大，而且都是采用普通減速器結(jié)構(gòu)，齒輪間隙大，無(wú)法滿足機(jī)器人柔性激光切割在汽車行業(yè)的需求。而史陶比爾采用的獨(dú)特專利減速系統(tǒng)JCS，將公司100多年在精密機(jī)械上的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)成功應(yīng)用于機(jī)器人上，高效而精確。這就是為什么史陶比爾比爾在小孔切割上得到客戶高度認(rèn)可的原因。

基于RX160L倒裝的柔性解決方案適應(yīng)于不同的產(chǎn)品和生產(chǎn)效率。

基本型解決方案為固定工作臺(tái)面式的，其特點(diǎn)是占地面積小，通過(guò)機(jī)器人安全信號(hào)對(duì)產(chǎn)品分區(qū)，用戶可以同時(shí)固定多個(gè)工件的工裝夾具，只要集成安全系統(tǒng)可以保證，機(jī)器人可以在不同的工位切換，切割和上料不耽誤，這也是最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的解決方案。這在汽車備件市場(chǎng)和很多批量較小的場(chǎng)合得到客戶的青睞。

其他柔性解決方案是基于RX160L機(jī)器人的開放性展開的，通過(guò)不同形式的擴(kuò)展軸和變位機(jī)構(gòu)進(jìn)行演變。比如單一平臺(tái)大幅面型，雙向雙移動(dòng)平臺(tái)，單向雙移動(dòng)平臺(tái)，移動(dòng)平臺(tái)上拓展單個(gè)或者旋轉(zhuǎn)變位機(jī)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)同步切割。汽車零部件品種繁瑣，工藝復(fù)雜，多機(jī)器人平臺(tái)組可以很好適應(yīng)汽車行業(yè)的需求；同時(shí)工件的上下料、轉(zhuǎn)運(yùn)、倉(cāng)儲(chǔ)都可以采用機(jī)器人來(lái)執(zhí)行，充分利用了機(jī)器人柔性的特點(diǎn)，這樣機(jī)器人柔性切割系統(tǒng)就演變成了多機(jī)器人協(xié)作集中控制平臺(tái)。

五軸機(jī)床技術(shù)成功移植在機(jī)器人上

離線編程技術(shù)和自動(dòng)生成工裝夾具是機(jī)床行業(yè)得到推廣的關(guān)鍵技術(shù)之一，這些技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域的開發(fā)和成功應(yīng)用，使得機(jī)器人柔性激光切割解決方案和汽車行業(yè)應(yīng)用客戶無(wú) 縫鏈接。

傳統(tǒng)的機(jī)器人編程方式是在線示教編程，示教編程本身費(fèi)時(shí)費(fèi)力，特別是汽車覆蓋件或者管件，需要切割的都是復(fù)雜空間曲線，示教無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，即便降低要求示教成本也是客戶接受不了的。機(jī)器人激光切割離線編程軟件的應(yīng)用使得編程時(shí)間大大縮短，而且不影響在線加工。如圖所示。

高效率加工是五軸機(jī)床在汽車行業(yè)推廣的一個(gè)重要因素，而目前大部分汽車廠商不接受機(jī)器人的最重要原因也是拿單個(gè)機(jī)器人的加工效率和五軸激光切割效率對(duì)比產(chǎn)生的。而我們認(rèn)為效率是由集成方案優(yōu)劣和集成經(jīng)驗(yàn)決定的。很多集成商選用不適合激光切割的普通機(jī)器人，效率低下且效果差，影響了汽車行業(yè)用戶對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的認(rèn)知，否定了機(jī)器人方案。我們提出的觀點(diǎn)是優(yōu)秀的集成商會(huì)選用高精度的機(jī)器人整合到精密的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，并根據(jù)不同的用戶產(chǎn)品由基本型演化成不同的機(jī)器人柔性切割方案，可以采用單機(jī)、雙機(jī)或多機(jī)和平臺(tái)數(shù)量之間進(jìn)行組合。

集成商集成能力高低決定最終切割效果和效率。德國(guó)JENOPTIK是史陶比爾的激光應(yīng)用集成商，采用史陶比爾定制開發(fā)的TX90激光切割專用機(jī)器人、定制輕型切割頭和獨(dú)有的BIM（Beam-In-Motion）技術(shù)。該設(shè)備的小孔定位精度能達(dá)到± 50 μm，直線速度大于12m/min。如果產(chǎn)品產(chǎn)量比較高，JENOPTIK公司可以提供雙機(jī)器設(shè)備或者多機(jī)器人解決方案。圖片所展示的就是JENOPTIK定制的機(jī)器人正在進(jìn)行熱成型高強(qiáng)度鋼切割，這在德國(guó)大眾POLO車型上很早就得到了成功應(yīng)用。