激光加工的柔性集成系统研究

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1、激光加工的柔性集成系统研究

2、第1...第10、引言激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工技术。激光加工技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，同时它也是先进制造技术的一种。杨叔子院士在其论文中总结的先进制造技术的八个方面的发展趋势和特色：“数”；“精”；“极”；“自”；“集”；“网”；“智”；“绿”。仔细分析就激光加工技术而言在这八个方面具备了多数，而本文所要阐述的就是激光加工技术的“集”，“智”，也就是激光加工的柔性化，集成化和智能化。而这些方向也正是我们激光加工技术期待发展和需要发展的

3、地方。以大族激光为代表的很多激光产业也在朝这些方面进行研究和开发。这里主要是将激光加工技术应用到柔性制造系统(或单元)中来进行研究。1、激光加工的柔性激光加工本身就具有很好的柔性：(1)激光器本身是一个比较简单而且易于控制的装置，如果把它产生的光束聚集成极细的光束，就可以切割；散焦一点就可以焊接；再散焦一点，就能进行热处理。(2)采用激光加工，不仅加工速度快，效率高，成本低，而且避免了模具或刀具更换，缩短了生产准备时间周期。易于实现连续加工，激光光束换位时间短，提高了生产效率。可进行多种工件交替安装。一个工件加工时，可卸下已完成的部件，并安装待加工工件，实现并行加工，减少安装时间，增加激光

4、加工时间。(3)激光束采用直接驱动和导向方法。激光可作旋转、倾斜、上下左右移动等运动，能加工工件的垂直面和复杂表面；而且直接驱动没有空程，精度高。将激光的控制和机器人相结合，用机器人来移动或多轴线方式方式翻转光束下的零件，可加工一些用传统方法加工比较困难的零件。(4)采取多级快速反应的防撞措施，光束导向装置接触工件时，运动系统立即停机，使系统不被破坏，避免了昂贵的维护；碰撞后能快速而简单地恢复工作，减少了碰撞引起的停机时间，提高了激光系统的加工效率和可靠性。(5)激光头可自由运动，目前激光头已达5个运动轴，即使工件在加工时保持固定，仍可实现复杂工件的加工，而且只要利用移动旋转工作台，就可加

5、工比轴行程大的零部件。激光束采用自动聚焦控制。激光系统直线轴可沿光轴或任意轴定位，以保持光束聚焦；焦点位置任何时刻都精确可知，而且行程无限制。图1示出了自动聚焦控制与镜头伺服控制的比较，由图看见，镜头伺服系统中聚焦透镜与激光系统移动无关，因此焦点位置无法确定。图1自动聚焦控制与镜头伺服控制比较2、柔性制造系统（FMS）柔性制造系统(FlexibleManufacturingSystem缩写FMS)是指适用于多品种、中小批量生产的具有高柔性且自动化程度高的制造系统。柔性是FMS的最大特点，即系统内部对外部环境的适应能力。FMS自其诞生以来就显示出强大的生命力，它克服了传统的刚性自动线只适用于

6、大量生产的局限性，表现出了对多品种、中小批量生产制造自动化的适应能力。随着社会对产品多样化、低制造成本、短制造周期要求的日趋迫切，由于微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的进步，柔性制造技术发展迅猛并日臻成熟。实用表明，柔性制造技术具有如下特点：具有较高的柔性、机构性和通用性；转产快、准备时间短；备利用率高，可实现无人看管24h连续工作；加工质量高且稳定；所需费用低；相同产量占地面积是传统设备的60%。由此可见，正是由于柔性制造技术的这种高效、灵活的特性使其成为实施敏捷制造、并行工程、精益生产和智能制造系统的基础，且应用日益广泛，已成为制造领域的核心技术。而按规模大小FMS主要

7、分为：柔性制造单元(FMC)；柔性制造线(FML)；柔性制造系统(FMS)。一般柔性制造系统的主要组成部分为：(1)加工系统FMS采用的设备由待加工工件的类别决定主要有加工中心、车削中心或计算机数控(C)车、铣、磨及齿轮加工机床等，用以自动地完成多种工序的加工。(2)物料系统用以实现工件及工装夹具的自动供给和装卸，以及完成工序间的自动传送、调运和存贮工作，包括各种传送带、自动导引小车、工业机器人及专用起吊运送机等。(3)计算机控制系统用以处理FMS的各种信息，输出控制C机床和物料系统等自动操作所需的信息。通常采用三级(设备级、工作站级、单元级)分布式计算机控制系统，其中单元级控制系统(单元

8、控制器)是FMS的核心。(4)系统软件用以确保FMS有效地适应中小批量多品种生产的管理、控制及优化工作，包括设计规划软件、生产过程分析软件、生产过程调度软件、系统管理和监控软件。3、激光柔性加工系统的实现由上述文字我们可以发现激光加工与柔性制造系统有很好的相容性，把两者结合起来形成激光柔性加工系统，在彼此相互配合良好的条件下肯定会收到非凡的效果并取得良好的收益。随着激光与材料的相互作用的进一步研究，激光加工技术也必将广泛