激光加工的柔性

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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，增加激光加工时间。
. ?% E4 F( M  ]6 ^(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。
) O4 b. [! j  r* \. N0 g  ]7 e' g(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。
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图1 自动聚焦控制与镜头伺服控制比较
" p6 W4 B  E# ^+ t: Q1、柔性制造系统（FMS）
柔性制造系统(Flexible Manufacturing System 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主要分为：柔性制造单元(FMC)；柔性制造线(FML)；柔性制造系统(FMS)。
- Z1 f7 O3 r3 s: a+ s  Y7 u! V6 P3 a一般柔性制造系统的主要组成部分为：
(1) 加工系统
) D0 Z" G/ R, {9 ]' jFMS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(CNC)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
& H. {7 z4 h  e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。
" |8 v" R  k/ ]  T(3) 计算机控制系统
( T; D4 I6 ~9 y" m3 M! T! W用以处理FMS的各种信息，输出控制CNC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(单元控制器)是FMS的核心。
(4) 系统软件
6 R: f% H" s( H4 f0 J2 l$ R& H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。
* M) W8 S: }2 ~! r  H3 p2、激光柔性加工系统的实现
/ S- g( p. R5 C6 h; F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的应用在柔性制造系统上。
& z0 x) N* g: d' V. {; v* s实现激光加工的柔性系统化主要指激光加工头能灵活机动地引导激光束到达零件的待加工位置。从激光加工机床所能加工零件的复杂程度看，又分平面二维和空间三维激光加工，大功率激光三维加工是未来激光加工的方向的发展方向，为了实现激光加工的灵活性，三维激光必须采用运动光学系统。大功率三维YAG激光加工系统通常采用机器人(或机器手)配合光导纤维进行光束传输，由机器人挟持着激光头完成各种运动，激光则通过光导纤维传送到激光加工头处，到达工件表面，这种加工系统中，光束的传输和聚焦特性不受加工位置的影响。
机器手作为激光柔性加工系统的重要组成部分，其运动状态的稳定性直接影响着加工质量。而对于大功率CO2激光，则是通过一组光学镜片(镜组)进行传输。这些镜组安装在多轴联动(一般是5轴联动)数控加工机床上，激光从激光器发射出来后，经过若干反射镜，传送到激光加工头。随着加工位置的变化，加工机床带动激光加工头运动。结果使镜片之间的距离以及激光束的行程不断发生变化，这些变化将影响激光束能量分布和聚焦特性的变化，从而影响了加工过程，目前，这两种加工系统都得到广泛应用。
文章关键词： 激光加工