趙霖

摘 要：隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，整車廠汽車內(nèi)飾件的質(zhì)量要求也在不斷提升，尤其是軟內(nèi)飾件，其切割工藝關(guān)系到零件之間的匹配效果，甚至?xí)绊懙阶罱K整車的內(nèi)飾體驗(yàn)。因此汽車零部件企業(yè)在選擇切割工藝時(shí)往往會從各維度綜合考慮，慎重選擇。近些年激光切割作為較新穎的工藝，已經(jīng)在很多行業(yè)得到了應(yīng)用并推廣，但在汽車內(nèi)飾領(lǐng)域還沒有得到大范圍普及，本文將介紹一種國外引進(jìn)的激光切割設(shè)備，在汽車內(nèi)飾儀表板的制造應(yīng)用，并分析其優(yōu)缺點(diǎn)，給出其使用推廣的一些意見。

關(guān)鍵詞：汽車內(nèi)飾件 激光切割

Application of Laser Cutting in the Field of Automotive Soft Interior Decoration

Zhao Lin

Abstract：With the continuous development of the automotive industry， the quality requirements of automotive interior parts of OEMs are constantly improving， especially for soft interior parts. The cutting process is related to the matching effect between parts， and even affects the final integration and the interior experience of the car. Therefore， auto parts companies often consider comprehensively from various dimensions when choosing a cutting process， and choose carefully. In recent years， laser cutting， as a relatively new process， has been applied and promoted in many industries， but it has not been widely popularized in the field of automotive interiors. This article will introduce a laser cutting equipment imported from abroad， which is used in automotive interiors， the manufacturing and application of the dashboard， and analyze its advantages and disadvantages， and give some opinions on its use and promotion.

Key words：automotive interior parts， laser cutting

1 引言

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，汽車整車廠對于零部件尤其是內(nèi)飾件的質(zhì)量要求也在不斷提升，零件之間的相互匹配除了對成型模具的精度和成型工藝的要求有所提高外，對于一些成型后需要后切割加工的工藝要求也在不斷提升，切割工藝的制造精度和穩(wěn)定性直接影響到零件之間的間隙、面差匹配。目前絕大部分汽車零部件生產(chǎn)廠商使用到的切割工藝主要有沖切、水刀切割、銑刀切割以及激光切割。沖切是一種精度和穩(wěn)定性相對較好的一種切割工藝，但成本又受制于沖切設(shè)備及沖切胎模，一般都是用在量高、節(jié)拍要求較快的車型上。水刀、銑刀及激光切割是一種使用工業(yè)機(jī)器人或數(shù)控機(jī)床對零件進(jìn)行切割的工藝，只是切割使用的能量源不同，但整體成本投入和柔性化都較沖切具有一定的優(yōu)勢，只是切割的精度及穩(wěn)定性不及沖切工藝。以下主要就激光切割工藝做一下相關(guān)論述，并與另三種切割工藝做一個(gè)簡單的優(yōu)劣勢對比。

2 工藝概述

激光切割是利用一種高密度的激光束（一般由激光發(fā)生器產(chǎn)生），對工件指定位置進(jìn)行聚焦照射，迅速將材料加熱至幾千攝氏度，使其氣化，并通過高壓氣體將氣化物從切縫中吹走并經(jīng)處理排出，以達(dá)到切割產(chǎn)品目的的一種工業(yè)技術(shù)。

激光切割與傳統(tǒng)的切割技術(shù)的主要差異點(diǎn)，是其激光頭的機(jī)械部分不與產(chǎn)品接觸，不會對產(chǎn)品施加任何外界力，也不會對工件表面造成劃傷;激光切割的速度較快，切口較平整，切割熱影響區(qū)較小，板材變形小，切口沒有機(jī)械應(yīng)力，無剪切毛刺。其加工精度和重復(fù)精度均較傳統(tǒng)切割工藝如銑刀或水刀切割工藝好，且不損傷材料表面。

激光切割的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)主要由以下兩點(diǎn)：

（1）焦點(diǎn)位置的控制。一般激光的焦點(diǎn)是其能量最高的區(qū)域，透鏡焦深越小，焦點(diǎn)光斑直徑就越小，其切割的能量就會越集中，因此控制焦點(diǎn)在材料表面的位置十分重要。（2）激光噴嘴設(shè)計(jì)及氣流控制技術(shù)。激光切割材料時(shí)，在被切割工件表面會產(chǎn)生大量的氣化物，噴嘴吹出的氣流不僅需要及時(shí)將氣化物排出，還需要提供足夠的氧氣使切口材料充分進(jìn)行燃燒反應(yīng)，因此氣流的控制技術(shù)也會顯得極為重要。

3 設(shè)備硬件介紹

3.1 設(shè)備簡介

設(shè)備所屬公司：Jenoptik（德國）

功率：2KW

設(shè)備組成：激光發(fā)生系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)、冷卻過濾系統(tǒng)、安全系統(tǒng)。

可切割產(chǎn)品厚度：6mm（激光頭至切割點(diǎn)的距離）

激光發(fā)生系統(tǒng)：

制造商：ROFIN

激光氣體組成：Helium、Stickstoff （nitrogen）、CO2、Xenon、Sauerstoff （oxygen）、CO

機(jī)器人系統(tǒng)：St?ubli TX90

TX90機(jī)器人采用6自由度的多關(guān)節(jié)機(jī)械手臂，具有高度靈活性，球形工作區(qū)域可以最大限度地利用工作單元空間。史陶比爾的創(chuàng)造性技術(shù)，集成了無間隙的齒輪減速系統(tǒng)，結(jié)合了高性能的控制器，從而保證了精確的軌跡控制和最佳的過程參數(shù)管理。全封閉式的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)（防護(hù)等級IP65）適用于嚴(yán)苛的環(huán)境中。

主要參數(shù)

TX90機(jī)器人

自由度 6

額定負(fù)載7kg

最大負(fù)載*20kg

工作行程? 1000mm

可重復(fù)精度±0.03mm

保護(hù)等級 （*手腕）IP65 （*IP67）

安裝方式 置地式/壁掛式/置頂式

史陶比爾CS8系列控制器 CS8C

安全系統(tǒng)：除了設(shè)備很多位置設(shè)有急停開關(guān)外，激光頭上另設(shè)置了防撞感應(yīng)，一旦激光頭和產(chǎn)品表面發(fā)生碰撞，operating console顯示撞擊報(bào)警，機(jī)器人立即停止運(yùn)動。

3.2 胎具簡介

胎具名稱：COD儀表板激光切割胎具

Sucker：18

sensor：6

（B10、B12、B13、B15、B16、B17）

Frame point：3

（pTable1V1_0、pTable1V1_X、pTable1V1_Y）

Connector cable：1個(gè)

4 工藝過程介紹

4.1 程序解析

激光切割與傳統(tǒng)的CNC等銑切割不同，軌跡路徑如圖1：

因此：（1）激光開啟/關(guān)閉點(diǎn)并非真正的切割開始/結(jié)束點(diǎn)，且這段延時(shí)具體時(shí)間并不清楚。（2）在編切割程序時(shí)：在需要切割的位置前/后增加一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)即為激光開起/實(shí)際關(guān)閉點(diǎn)，以便切割的更精準(zhǔn)。

例如：見圖2

4.2 激光切割需要對焦距進(jìn)行確認(rèn)

激光切割的優(yōu)點(diǎn)之一就是光束的能量密度高，所以焦點(diǎn)光斑直徑會盡可能的小，以便產(chǎn)生極微小的切縫。因?yàn)榫劢雇哥R的焦深越小，焦點(diǎn)光斑的直徑就越小。對于高質(zhì)量、高精度的切割，有效焦深還與透鏡直徑以及被切材料有關(guān)，因此控制焦點(diǎn)相對于被切材料表面的位置是十分重要的。

可以從三個(gè)方面來分析切割焦點(diǎn)因材料和要求的不同而做不同的選擇。

（1）切割焦點(diǎn)在工件表面，即0焦距，焦點(diǎn)選在貼近工件表面，這種模式下工件上下表面光滑度不一樣，一般而言貼近焦點(diǎn)的切割面相對很光滑，而遠(yuǎn)離切割焦點(diǎn)的下表面顯得粗糙。這種模式一般用于表面要求比較高的零件上，如一些裝飾材料的切割;（2）切割焦點(diǎn)在工件內(nèi)部，即正焦距，切割點(diǎn)在工件里面的模式。這種方式的一個(gè)缺點(diǎn)是，由于焦點(diǎn)遠(yuǎn)離切割表面，表面的切割槽寬會比0焦距的模式要大，同時(shí)這種模式下需要的切割氣流要大，溫度相對也較高，切割速度需適當(dāng)放慢。因此這種焦點(diǎn)的選取一般用于金屬件上，如不銹鋼或鋁材;（3）切割焦點(diǎn)在工件上面，即負(fù)焦距，這種方式主要應(yīng)用在較厚的工件切割上。之所以將焦點(diǎn)定位在切割材質(zhì)的上方，主要是因?yàn)楹癜逍枰那蟹?，否則噴嘴輸送的氧氣極容易出現(xiàn)不足而致使切割溫度下降。

而我們一般用于汽車內(nèi)飾件的激光切割工藝，所采取的焦距是介于1和3的模式，即焦點(diǎn)位于零件表面略偏上方，主要考慮表面外觀要求和產(chǎn)品壁厚較厚等要求，兩者需同時(shí)兼顧。

如下是該激光切割設(shè)備焦距選取對照表。

如下圖：

注意：切割軌跡中所有點(diǎn)都必須確定焦距，一切工藝調(diào)試均要基于焦距正確的情況下進(jìn)行。（除個(gè)別特殊位置點(diǎn)）

5 工藝調(diào)試常見問題

5.1 切割后產(chǎn)品表面切割線附近有黃色粉塵，怎么辦？

解決辦法：可使用酒精擦拭去除;

具體分以下兩種情況：

A、局部位置：

激光頭至產(chǎn)品表面距離偏大，造成切割時(shí)吹氣效果不理想。

（1）確認(rèn)該位置焦距是否正確。（2）如果焦距正確且還有可調(diào)空間時(shí)，減小焦距（如：原先焦距為1mm，可調(diào)整為0.5mm）

B、如果這種黃色粉塵出現(xiàn)在幾乎所有位置，可以先確認(rèn)所有位置切割軌跡和焦距是否正確，另外在檢查鏡片受輕微污染（更換鏡片）。

5.2 有部分位置骨架未完全切穿，但不影響卸料，怎么辦？

（1）確認(rèn)該位置焦距是否正確。（2）如果焦距正確且還有可調(diào)空間時(shí)，減小焦距。（3）如已無可調(diào)空間，可適當(dāng)減低切割速度（如：mlaser=150，調(diào)正為140）。

5.3 泡沫燒灼明顯，怎么辦？

（1）確認(rèn)該位置焦距是否正確;（2）適當(dāng)減低切割速度;（3）適當(dāng)降低切割能量。

5.4 發(fā)現(xiàn)切割軌跡上均有兩條切割線（雙眼皮現(xiàn)象），且產(chǎn)品未切穿怎么辦？

（1）激光光路偏（如遇到此問題，建議聯(lián)系供應(yīng)商調(diào)整鏡片角度）;（2）需考慮安置在機(jī)器人內(nèi)部的鏡片是否存在碎裂或嚴(yán)重污染的情況，如遇到此問題，可能需要更換鏡片。

5.5 某段子程序?qū)?yīng)位置切割偏位，怎么辦？

通過frame對該子程序進(jìn)行整體偏移。

路徑：Menu——Val3 applications——打開子程序——Global——frame Table——frame fTable——更改其中的x.y.z數(shù)值

6 設(shè)備常見問題

6.1 激光光路偏位，怎么辦？

遇到此問題，可能是兩種情況導(dǎo)致，一是機(jī)器人在運(yùn)動中，內(nèi)部鏡片上的冷卻水管不斷干涉鏡片調(diào)節(jié)螺母，使鏡片折射角度發(fā)生偏移，造成切割光路偏，可以考慮在管路和調(diào)節(jié)螺母之間加阻隔物，使之不再干涉;二是由于鏡片調(diào)節(jié)螺母確定位置后無法鎖死，故當(dāng)機(jī)器人手臂發(fā)生嚴(yán)重撞擊后，可能會導(dǎo)致內(nèi)部鏡片螺母松動、改變位置，造成切割光路偏。如果是此原因?qū)е?，目前還無有效措施，一旦問題發(fā)生，聯(lián)系供應(yīng)商前來調(diào)整光路，一般國內(nèi)還沒有可以對此種設(shè)備調(diào)節(jié)光路所需的儀器。

6.2 激光頭撞擊報(bào)警了，怎么辦？

首先需確認(rèn)激光頭是否接觸到切割產(chǎn)品：

A、如果接觸到產(chǎn)品，則考慮在設(shè)備上進(jìn)行調(diào)整，在operating console上進(jìn)行切換AUTO-ROBOT，再使用示教器進(jìn)行機(jī)器人復(fù)位，如碰撞嚴(yán)重機(jī)器人無法運(yùn)動，則使用電器柜內(nèi)的Robot collision protection switch由0調(diào)節(jié)至1，解除防撞報(bào)警后再進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位完成后切記將其調(diào)回0。

B、如未接觸到產(chǎn)品，則檢查激光頭上防撞光纖是否有效。如出現(xiàn)失效問題，則更換。

6.3 過濾器粉位低報(bào)警，怎么辦？

可以加入新的過濾粉，以及清除過濾后的廢棄粉末。

6.4 “water flow”報(bào)警，怎么辦？

更換或清潔循環(huán)冷卻水過濾器（filter for coolant circulation）

6.5 激光頭nozzle tip遺失，怎么辦？

原因：（1）產(chǎn)品切割過程中，tip與儀表板表面有摩擦，導(dǎo)致掉落遺失。（2）tip內(nèi)壁某位置長期被激光燒灼，致使螺紋爛牙，tip掉落遺失。

由于該零件遺失，會導(dǎo)致切割吹起效果不佳，產(chǎn)品表面出現(xiàn)黃色粉塵，影響產(chǎn)品表面質(zhì)量，更換新激光頭噴嘴。

6.6 guard報(bào)警，怎么辦？

（1）檢查卷簾門是否正常。（維修）

（2）檢查entry guard 是否正常。（維修）

7 模具常見問題

由于激光切割后，廢氣污染嚴(yán)重，且氣化物具有嚴(yán)重腐蝕性，除了對設(shè)備電氣元器件有很大損傷，使用壽命大大減少，同樣也對模具造成很大的影響。

7.1 無法感應(yīng)到胎具，怎么辦？

（1）當(dāng)設(shè)備內(nèi)僅有1副胎具時(shí)，該報(bào)警屬于正?，F(xiàn)象，消除后即可生產(chǎn)。（2）檢查胎具內(nèi)側(cè)下部左右感應(yīng)信號是否失效、松動、位置偏移。（維修）

7.2 胎具sensor失效，怎么辦？

（1）查看失效sensor具體位置，維修或更換。（2）感應(yīng)信號頭與信號線連接位置包覆不良。

7.3 胎具內(nèi)氣管破損，怎么辦？

由于氣管排布位置正好在切割軌跡上，致使氣管破損。（維修，氣管從新排布定位）

7.4 真空度無法達(dá)到0.75MPa，或無真空，怎么辦？

（1）氣管堵塞、破損（修復(fù)）

（2）氣接頭松動，老化（修復(fù)）

（3）真空泵失效，老化（更換）

（4）吸盤老化，變形（更換）

（5）產(chǎn)品變形嚴(yán)重。

8 結(jié)語

8.1 激光切割優(yōu)點(diǎn)

（1）切割速度快，目前COD總切割時(shí)間132s，相比銑刀切割360s，提升了63%。（2）切割時(shí)不接觸產(chǎn)品，切割面無毛刺。

8.2 激光切割缺點(diǎn)

（1）氣味性差：切割儀表板后，氣味性差，廢氣嚴(yán)重;目前廢氣過濾僅起到部分作用。（2）易碰撞報(bào)警：由于該設(shè)備產(chǎn)品切割允許厚度只有6mm，切割時(shí)大部分位置激光頭至產(chǎn)品表面距離只有1mm，如發(fā)泡件產(chǎn)品厚度波動稍大，就會造成撞到報(bào)警，影響生產(chǎn)節(jié)拍。（3）嚴(yán)重腐蝕性：雖然目前排氣能力已大大提升，長期使用，強(qiáng)腐蝕性仍舊會對各電氣元件及管路有很大破壞力，各備件需充足，維修成本極高，由于很多零件均需要有好的耐高溫及腐蝕性要求。

8.3 激光切割與傳統(tǒng)其它切割方式對比如下表

激光切割相比于傳統(tǒng)的切割工藝，有其獨(dú)特的優(yōu)越性，如切割速度快，不接觸產(chǎn)品無額外施力，比較適合高精度且對表面要求比較高的零件做切割。

但也有其局限性，比如氣味性和設(shè)備內(nèi)部的腐蝕性，因此對于汽車內(nèi)飾件的應(yīng)用性還有待考察，目前還沒有大范圍內(nèi)推廣使用。