自上世紀六十年代初激光問世以來，1969年就有人將其用于汽車工業(yè)，隨著激光器及外圍系統(tǒng)技術(shù)的不斷進步，激光在汽車行業(yè)的運用不斷增加。汽車工業(yè)作為一個國家的支柱產(chǎn)業(yè)，在一定意義上可以反映一個國家工業(yè)技術(shù)水平的高低。為了能在今后激烈的汽車工業(yè)競爭中處于領(lǐng)先地位，世界各國的汽車生產(chǎn)廠家紛紛在汽車車身的更新上下足了工夫，與此同時，直接影響著車身制造的質(zhì)量和效益的車身覆蓋件的加工和制造正日益受到重視，從而尋求一種更高加工質(zhì)量和更有效的車身覆蓋件的加工方式，就成了加快車身及車型更新的有力保證。由于機器人YAG激光加工系統(tǒng)在車身加工工藝上具有諸多獨特優(yōu)點，因此該項技術(shù)在樣車開發(fā)和車身覆蓋件的制造中越來越受到普遍的應(yīng)用。
1 機器人YAG激光加工系統(tǒng)
機器人YAG激光加工系統(tǒng)組成如圖1所示，主要由激光器、機器人(本體和控制柜)、水冷系統(tǒng)、光束傳輸系統(tǒng)和激光頭和工件裝夾系統(tǒng)組成。
圖1 機器人YAG激光加工系統(tǒng) 該系統(tǒng)激光器采用GSI公司JKS00SW固體激光器，最大功率可達500W。機器人為日本安川公司生產(chǎn)的6軸垂直多關(guān)節(jié)HP20型。
經(jīng)試驗證明，該系統(tǒng)與其他三維激光加工系統(tǒng)相比有如下顯著特點：節(jié)省占地空間——機器人的腰部和手臂較細，干涉區(qū)域較小；動作范圍大——最大范圍：R1717mm；軌跡精度高——采用了先進的運動控制，大幅度提高了高速動作時的軌跡精度，重復定位精度可以達到±0．06mm；動作速度快——由于縮短了空行程時間，所以可縮短循環(huán)周期：安全性能高——碰撞檢測功能：使機器人一碰到周圍的物體后就停下來，這樣可減少碰撞產(chǎn)生的損壞。裝有安全開關(guān)：借助于示教盒上的安全開關(guān)，示教過程中脫手或握力過大都會關(guān)掉伺服，使機器人停止，因此可安全地操作。
另外，隨機附有的仿真編程系統(tǒng)可以實現(xiàn)離線編程和模擬實際生產(chǎn)過程，其快速捕捉功能，可以保證激光頭與工件加工表面保持垂直(保證加工質(zhì)量)，程序完成后，通過軟盤或局域網(wǎng)輸入到機器人的控制柜，啟動程序即可加工，也可進行在線示教編程。
2 機器人YAG激光切割技術(shù)
激光切割是利用高能激光束照射材料表面，使被照射部分材料熔化或汽化，達到切割的目的。與傳統(tǒng)的切割方法和沖裁工藝相比，機器人YAG激光切割技術(shù)具有兩大優(yōu)越性：
(1)激光切割是無接觸加工，無“切削力”作用在工件上，沒有“刀具”磨損，并且具有切縫窄、速度快、熱變形小、切割部位和切口平整等優(yōu)點。
(2)本系統(tǒng)柔性高，靈活性大，適合小批量、多品種的產(chǎn)品加工，能夠縮短汽車車身開發(fā)的周期，提高加工效率和質(zhì)量，降低成本。
機器人YAG激光加工系統(tǒng)用于新車型試制，使車型更新?lián)Q代的周期越來越短。1983年首次用五軸激光加工機切割車身鋼板以來，三維激光切割以其縮短生產(chǎn)周期、節(jié)省原材料、提高工效、降低生產(chǎn)成本等優(yōu)點，在汽車工業(yè)得到了日益廣泛的應(yīng)用。尤其是利用三維激光切割代替?zhèn)鹘y(tǒng)的汽車覆蓋件的切邊模和沖孔模，其效果尤為明顯。如表1所示。
表1 覆蓋件傳統(tǒng)加工工藝與機器人激光加工工藝的特點比較
3 機器人YAG激光焊接技術(shù)
激光焊接是激光加工技術(shù)中發(fā)展最迅速的領(lǐng)域。激光焊接是將高強度的激光束輻射至金屬表面，通過激光與金屬的相互作用，金屬吸收激光轉(zhuǎn)化為熱能使金屬熔化后冷卻結(jié)晶形成焊接。與傳統(tǒng)的焊接方法相比(如表2)，機器人YAG激光焊接技術(shù)會帶來很多優(yōu)點：
表2 激光焊接同其他焊接工藝的對比
注：“+”表優(yōu)勢。“-”表劣勢，“0”表適中。 (1)光束斑點小，加工精度成倍提高。熱影響區(qū)極小，焊縫質(zhì)量高，不易產(chǎn)生收縮、變形、脆化及熱裂等熱副作用，激光焊接熔池凈化效應(yīng)，能凈化焊縫金屬，焊縫機械性能相當于或優(yōu)于母材。
(2)可以實現(xiàn)激光焦點的功率和大小按加工要求動態(tài)地進行調(diào)節(jié)，同時對加工過程進行實時監(jiān)控，實現(xiàn)各種各樣的應(yīng)用可能。
(3)采用光纖輸送激光，這樣一來把能量源和加工設(shè)備從空間上分隔可以毫不困難地實現(xiàn)。激光器產(chǎn)生的光能可通過直徑很小的光纖傳輸?shù)骄嚯x很遠的工位，通過機器人，實現(xiàn)對工件的焊接。
(4)一臺激光焊接機器人可代替3臺至4臺電阻焊機器人，若充分利用激光焊接技術(shù)，加工一個車身，在工裝投資、焊件準備、材料消耗、車身密封等方面的費用將減少約200美元，鋼材利用率可提高50%。使用激光焊接可省去大量的樣板和工裝設(shè)備，使車間面積減半，節(jié)省投資。
在汽車工業(yè)中，作為汽車關(guān)鍵部件的車身，其價值約占整輛車的20%，采用激光焊接，可以減少搭接寬度和一些加強部件，還可以壓縮車身結(jié)構(gòu)件本身的體積，僅此一項車身的重量可減少56kg。同樣，對于車身轉(zhuǎn)配中的大量點焊，如果把連個焊接頭夾在工件邊緣上進行焊接，凸緣寬度需要16mm，而激光焊接是單邊焊接，只需要5mm，把點焊改為激光焊，每輛車就可以節(jié)省鋼材40kg。用傳統(tǒng)點焊焊接兩片0.8mm的鋼板沖壓件，平均是20點/min，焊炬是25mm，即速度為0.5m/min，用激光焊速度可以達到5m/min以上。
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