激光自动化解决方案助力新能源汽车生产

近年来，得益于国家供给侧改革和社会经济转型升级，新能源汽车、动力电池、自动化装备等行业取得了快速发展。按照2012年国务院发布的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012～2020）》,到2020年纯电动汽车和插电式混合动力汽车产能将达200万辆,累计产销量超过500万辆。可以预计，未来新能源汽车发展将依然迅速。新能源汽车在诸多利好政策以及消费者高涨的购买热情带动下，会成为车市增长的新引擎（图1）。

随之而来，新能源汽车的生产制造工艺及其装备也发生了很大变化。以纯电动新能源汽车为例，动力电池系统的制造及其工艺与装备方面出现了新的需求。例如，对于动力电池生产来说，有下列设备需求：(1)真空行星搅拌机：将各种电池材料均匀搅拌成浆状；(2)电极涂布机(图2)：将搅拌后的浆料均匀涂抹在金属箔片上；(3)卷绕机：将制造好的极片卷绕成电池；(4)注液机：保证在流水化生产中，高精度地将电解液真空注入电池包装材料内；(5)化成测试设备：将做好的电池充电活化，产生电压，同时测试电池容量等，这一系列生产设备最终将组成一条动力电池生产线。毫无疑问，这套全自动化生产线的快速组建，离不开大量高精度加工的管型材。由此市场对管型材智能制造设备的需求不断扩大，随之而来的是高精度管型材加工市场也日渐庞大。



图1 近三年新能源汽车月度销量走势



图2 动力电池涂布机

另一方面，随着市场竞争加剧，各行各业都在追求极致的用户体验。对产品进行个性化设计，并要求每个供应商都要为自身产品提供特定的零部件级服务。最终用户需求个性化的结果就是我们客户获得的订单批次越来越多，批量越来越小，甚至会接到单件订单。为了应对市场变化，很多企业开始对制造体系进行升级改造，制造柔性化、智能化、少人化已经成为制造业发展的方向。面对客户定制化需求，柔性化智能生产设备正在成为越来越多制造企业的选择。

马扎克公司敏锐地预见到激光设备在自动化领域及新能源汽车市场的广阔前景。在过去的2017年，日本山崎马扎克株式会社以“DONE IN ONE”理念最新开发出3D FABRI GEAR 400 III机型（图3），将管型材激光加工的智能制造推向了一个全新高度。



图3 3D FABRI GEAR 400 III

众所周知，自动化生产线是自动化技术在制造业中广泛应用的标志性产物,为制造业带来了空前生产力。组成自动化生产线的最基本元素就是常见的大量管型材。显而易见，自动化生产线已为制造业带来了空前的生产效率、质量的提高和相应的人力、原材料等资源消耗的减少。相比之下，位于自动化生产线前序的管材加工行业经过这么多年的发展，从整体上看仍然处于原始的锯—钻—扩—铰—铣—攻等初级阶段。在弥补原始的材料供给方式与自动化制造技术之间巨大的技术落差上，MAZAK复合型管型材全自动激光加工机在新的工业化进程中发挥了重要的作用。

拥有32轴11联动的MAZAK复合型管型材全自动激光加工机（图4），从管材搬运开始至加工结束的整个过程均实现了高度自动化生产。



图4 3D FABRI GEAR 400 III自动化管型材生产方式

在劳动力成本急速上升、劳动力缺口逐渐增大的今天，“招工难，用工荒”将成为一种常态，迫切需要企业进行生产方式的转型升级。而提高生产方式的自动化程度，可以有效减少企业对劳动力的需求。MAZAK新的生产理念使加工工序集约化（图5），将以往多工序的加工方式整合为一个加工工序，在一定程度上降低了生产企业的人力成本。



图5 新生产理念的应用对比

马扎克公司紧跟市场需求，设计开发的紧凑型三维激光切割头（图6）具有全方位无死角加工、360°防撞及复位能力，尖端的设计几乎可以完成任何复杂工件的加工，尤其擅长解决自动化生产线上对于坡口、榫卯等复杂组装工艺要求管件的批量生产加工。图7中所示坡口、榫卯结构的使用使得框架结构无需焊接即可组装成形，并使后续焊接、组装等工序更加省时省力。在满足管材自身制造自动化的同时，也更容易使后道生产工序实现自动化。

该机床装载了自动攻丝单元(图8)，从3D激光加工到自动攻丝加工都可以在一台机器上一次性加工完成，使管型材加工工序高度集中，实现了管型材加工的自动化。该功能在提高生产效率的同时，还有效解决了以往钻孔和攻丝工序流转的场地占用问题。通过强大的数据库及刀具寿命管理系统可以有效避免在组装环节出现由人工攻丝造成漏攻和乱牙的不良情况，极大提高了自动化生产线的装配精度与装配速度。

机床独具一格的结构设计，使MAZAK 3D FABRI GEAR III不仅拥有强大的管材、型材加工能力，更具有减少材料浪费和提高效率的无尾料加工模式。MAZAK首创的四卡盘设计结构（图9），在实际生产中可以对应2～15m的管型材加工，并可将余料及废料降到最低程度，甚至可以实现长管材的无尾料加工。



图6 高精度的三维激光切割头



图7 坡口、榫卯结构的组装工艺



图8 自动攻丝单元的应用



图9 四卡盘设计结构与两卡盘的对比

新能源汽车制造产业正在经历技术升级、产业变革与制造升级，而激光加工制造技术已经广泛应用到汽车制造的各个领域。随着我国新能源汽车产业步入调整期，随之而来的将是新一轮高速发展。这期间技术升级、智能制造成为产业发展路径中的关键因素。

面对日趋激烈的行业竞争环境，在行业发展的关键时期，采用先进的智能化生产设备已成为企业获得竞争优势的重要手段。马扎克公司提供的FG自动化生产设备正在解决自动化生产线制造过程中的诸多问题。并在缩短产品交货周期、简化后道工序、改善生产与装配模式、提供复杂产品的生产解决方案等方面处于行业领先地位。在为客户带来更多竞争力的同时，也为新能源汽车生产供应链环节的技术升级之路提供优化的解决方案。