楊毅 唐曉兵 劉言言

摘要：激光切割設(shè)備應(yīng)用于客車骨架中的方管加工的功能分析。

關(guān)鍵詞：激光切割;方管加工;客車

Abstract：Analysis?of?tube?processing?laser?cutting?equipment?is?applied?to?the?function?of?bus?frame.

Key?words：Laser?cutting;tube?processing;bus.

激光切割技術(shù)國(guó)內(nèi)在板材上的加工應(yīng)用已經(jīng)較成熟，只有部分核心原件是采用進(jìn)口的[1]，機(jī)械傳動(dòng)部分和輔助設(shè)備已經(jīng)全部國(guó)產(chǎn)化了，而且設(shè)備穩(wěn)定性也能滿足大多數(shù)用戶的需要。對(duì)于激光切割技術(shù)應(yīng)用于圓管加工的設(shè)備制造商，目前國(guó)內(nèi)有3家，對(duì)于方管加工的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)目前只有1家，并且是定向開發(fā)的，還處于首臺(tái)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)階段，有很多設(shè)計(jì)改進(jìn)的空間。本文主要是對(duì)國(guó)內(nèi)激光切割設(shè)備應(yīng)用于客車方管加工的一些功能分析同時(shí)提出一些改進(jìn)設(shè)計(jì)方案以促進(jìn)激光切割設(shè)備成熟的應(yīng)用于客車行業(yè)，以提升客車行業(yè)自動(dòng)化、柔性化、信息化、集成化管理水平。

1.激光切割技術(shù)應(yīng)用于客車車身方管加工的必要性

中國(guó)的客車生產(chǎn)規(guī)模和銷量在世界位于首位，但加工水平相對(duì)于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家差距較大，主要體現(xiàn)在原材料的加工水平上?？蛙嚿蠎?yīng)用的原材料主要為板材和管材兩類原材料。板材類的原材料加工水平國(guó)內(nèi)外已經(jīng)同步了，但管材類原材料的加工設(shè)備相對(duì)落后。管材類加工設(shè)備：國(guó)外以激光切割設(shè)備為主，輔以自動(dòng)圓盤鋸和自動(dòng)直料下料機(jī)及管件成型等設(shè)備;國(guó)內(nèi)普遍以圓盤鋸和帶鋸床及管件成型的手工操作設(shè)備為主，只有行業(yè)龍頭企業(yè)以自動(dòng)圓盤鋸和自動(dòng)直料下料機(jī)及管件成型等半自動(dòng)設(shè)備為主;激光切割設(shè)備在國(guó)內(nèi)還沒有正式投入使用。這樣的行業(yè)狀況，對(duì)于客車小批量、多品種的訂單式生產(chǎn)模式來講制作過程已經(jīng)沒有太多的工藝提升空間，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量受到了很大的限制，尤其是電泳工藝在客車行業(yè)的普遍應(yīng)用，對(duì)管件加工設(shè)備自動(dòng)化水平的提升特別迫切。另外，對(duì)于客車上的管件加工，從工藝上比較，傳統(tǒng)的加工設(shè)備和激光切割設(shè)備工藝[2]分別為：

普通的加工設(shè)備對(duì)管件原材料生產(chǎn)工藝為：下料——去毛刺——吹鐵屑——沖電泳孔——轉(zhuǎn)下道工序;

激光切割設(shè)備對(duì)管件原材料生產(chǎn)工藝為：下料——轉(zhuǎn)下道工序;

相比之下，激光切割設(shè)備節(jié)省了去毛刺、吹鐵屑、沖電泳孔三道工序，縮短了生產(chǎn)周期，并且可以和PLM數(shù)據(jù)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，做到從銷售訂單到生產(chǎn)工位的信息化、集成化、柔性化管理，以達(dá)到零庫(kù)存的經(jīng)營(yíng)管理目標(biāo)，特別適應(yīng)小批量、多品種的訂單式企業(yè)經(jīng)營(yíng)模式。

綜上所述，激光切割設(shè)備在客車行業(yè)的應(yīng)用是迫切的、變革性的行業(yè)發(fā)展需要。

2.激光切割設(shè)備應(yīng)用于客車車身方管加工的功能模塊分析

國(guó)外，用于方管加工的激光切割設(shè)備已經(jīng)較成熟，但價(jià)格較高，一般單價(jià)在600萬元人民幣以上，并且不能適應(yīng)國(guó)內(nèi)客車行業(yè)小批量、多品種的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)模式，它比較適合電梯、健身器材等行業(yè)品種單一、批量大的行業(yè)，否則，發(fā)揮不了激光切割高精度、高速度的價(jià)值。所以，從價(jià)格、維修和客車行業(yè)用途上對(duì)比，國(guó)外的激光切割設(shè)備不具有在國(guó)內(nèi)有大規(guī)模應(yīng)用的前景。同時(shí)，國(guó)內(nèi)對(duì)方管加工激光氣割設(shè)備的研究就迫在眉睫。我們公司與激光切割技術(shù)公司合作，研發(fā)了國(guó)內(nèi)首臺(tái)用于客車方管加工的激光切割設(shè)備，樣機(jī)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)有6個(gè)月的時(shí)間，切割的精度和機(jī)器的穩(wěn)定性基本能達(dá)到項(xiàng)目策劃的要求，但生產(chǎn)效率還有較大改進(jìn)的空間。下面主要介紹如何提升激光切割設(shè)備的生產(chǎn)效率做設(shè)計(jì)改進(jìn)方案分析。

2.1簡(jiǎn)介方管加工的激光切割設(shè)備的構(gòu)成

方管加工的激光切割設(shè)備構(gòu)成主要由后臺(tái)料單處理模塊、上料模塊、送料模塊、切割模塊、下料模塊、面板控制模塊、輔助功能模塊組成。后臺(tái)料單處理模塊主要是被加工件數(shù)控加工編程軟件，將加工件圖紙轉(zhuǎn)化成切割文件。上料模塊分為全自動(dòng)上料和半自動(dòng)上料兩種模式。送料模塊分為兩個(gè)卡盤夾緊和三個(gè)卡盤夾緊的模式，兩種模式的區(qū)別在于被加工件的長(zhǎng)度決定用哪種，長(zhǎng)料加工要優(yōu)選三個(gè)卡盤夾緊的模式。切割模塊主要由切割頭和激光器組成。氣體激光器有光纖和二氧化碳兩種，與二氧化碳激光切割機(jī)相比，光纖的切割范圍相對(duì)狹窄。因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)的原因，其只能切金屬材料，對(duì)非金屬不容易被其吸收。其他方面，光纖切割機(jī)[3]具有較明顯的優(yōu)勢(shì)：

（1）卓越的光束質(zhì)量：聚焦光斑更小，切割線條更精細(xì)，工作效率更高，加工質(zhì)量更好;

（2）極高的切割速度：是同等功率CO2激光切割機(jī)的2倍;

（3）極高的穩(wěn)定性：采用世界頂級(jí)的進(jìn)口光纖激光器，性能穩(wěn)定，關(guān)鍵部件使用壽命可達(dá)10萬小時(shí);

（4）極高的電光轉(zhuǎn)換效率：光纖激光切割機(jī)光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)30%左右，是CO2激光切割機(jī)高3倍，節(jié)能環(huán)保;

（5）極低的使用成本：整機(jī)耗電量?jī)H為同類CO2激光切割機(jī)的20-30%;

（6）極低的維護(hù)成本：無激光器工作氣體;光纖傳輸，無需反射鏡片;可節(jié)約大量維護(hù)成本;

（7）產(chǎn)品操作維護(hù)方便：光纖傳輸，無需調(diào)整光路;

（8）超強(qiáng)的柔性導(dǎo)光效果：體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，易于柔性加工要求。

下料模塊主要是實(shí)現(xiàn)廢料和工件的分揀功能，是一個(gè)托舉裝置。

面板控制模塊包括數(shù)控系統(tǒng)、可編程控制器、控制柜等。這個(gè)模塊是激光切割機(jī)其他模塊的控制中心，相當(dāng)于人類大腦的作用。

輔助功能模塊主要由除塵、冷卻、空氣壓縮機(jī)及后處理裝置構(gòu)成。

2.2方管加工的激光切割設(shè)備的生產(chǎn)效率提升方案

國(guó)內(nèi)制作激光切割設(shè)備主要是機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分的設(shè)計(jì)和制作，數(shù)控系統(tǒng)、切割文件轉(zhuǎn)換軟件系統(tǒng)、激光器、切割頭都是進(jìn)口的，這些核心件技術(shù)是比較成熟的，導(dǎo)致激光切割設(shè)備加工方管生產(chǎn)效率低的原因主要是這些模塊沒有適應(yīng)客車生產(chǎn)模式的環(huán)境問題?？蛙嚿a(chǎn)以小批量多品種的行業(yè)特點(diǎn)著稱，激光切割設(shè)備選型和切割文件轉(zhuǎn)換軟件必須有一套合適的接口處理才能適應(yīng)于客車行業(yè)的方管加工。根據(jù)目前樣機(jī)實(shí)驗(yàn)的情況和我們公司生產(chǎn)情況對(duì)激光切割設(shè)備的選型為：半自動(dòng)上料、兩個(gè)卡盤夾緊的模式、2000W的光纖切割激光器、3軸聯(lián)動(dòng)激光切割頭、PA8000數(shù)控系統(tǒng)軟件、LANTEK自動(dòng)編程軟件、下料自動(dòng)分揀裝置?？蛙囆袠I(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)決定了方管加工圖紙占80%比例的為一次性用圖，這部分圖紙重復(fù)使用的頻率非常低，所以客車行業(yè)對(duì)這部分圖紙是不下發(fā)到工位的，而是采取以企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)注的形式來表示這部分工件的圖紙信息，工人拿到手的執(zhí)行文件都是以Excel表格的形式表示的料單，國(guó)外所有激光切割文件的編程軟件目前都不能識(shí)別Excel表格的數(shù)據(jù)，那些軟件只能識(shí)別CAD、Solidwork、?Pro-E、UG等二維或三維軟件。如果要使用激光切割設(shè)備加工客車上的方管就必須將Excel表格轉(zhuǎn)化成二維或三維的零件圖紙，并且這些圖紙幾乎不會(huì)再次使用，這樣就造成了激光切割速度很快但用于激光切割的文件準(zhǔn)備時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，而且這些時(shí)間沒有產(chǎn)生可觀的價(jià)值，第二天這些準(zhǔn)備的激光切割的文件就被丟棄了，幾乎沒有再次利用的可能。所以，要想提高客車上的方管激光切割的生產(chǎn)效率最根本的是解決Excel表格的數(shù)據(jù)如何自動(dòng)的轉(zhuǎn)化成激光切割的文件。由于激光切割的文件的編程軟件都是國(guó)外進(jìn)口的，定制費(fèi)用特別昂貴，所以選擇國(guó)內(nèi)的軟件公司開發(fā)一個(gè)轉(zhuǎn)換軟件，用于Excel表格的數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)化成CAD、Solidwork、?Pro-E、UG等二維或三維軟件以識(shí)別用于激光切割文件生成的編程軟件。這個(gè)轉(zhuǎn)換軟件就是后臺(tái)料單處理模塊的一部分，開發(fā)時(shí)還要考慮套裁和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度的問題。方管套裁目的是為了節(jié)約原材料，同時(shí)也減少了加工時(shí)間。如：A2.4040.30.0130??A=90°B=45°?22件在40面兩頭各加工1個(gè)R12X20的半腰孔，A2.4040.30.0850??1件在40面兩頭各加工一個(gè)R12X20的半腰孔，A2.5040.20.0910??A40=20°B40=35°?5件在40面兩頭各加工1個(gè)R12X20的半腰孔;物料單里有不同管型和角度的工件尺寸，軟件需要先轉(zhuǎn)化成圖紙，然后把同種規(guī)格的物料排在一列，最后對(duì)這一列的物料按照兩個(gè)角度之和是180°的排在一起的原則進(jìn)行排序，這個(gè)過程就是具有套裁功能的轉(zhuǎn)換軟件要實(shí)現(xiàn)的目的。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度主要取決于轉(zhuǎn)換軟件是將Excel表格的信息轉(zhuǎn)換成二維圖紙還是三維圖紙。根據(jù)客車行業(yè)的特點(diǎn)，選擇轉(zhuǎn)換成二維圖紙更好一些，是因?yàn)槿S圖紙數(shù)據(jù)生成比二維圖紙數(shù)據(jù)生成慢且數(shù)據(jù)占的內(nèi)存也大，影響大批量轉(zhuǎn)化的速度。所以，根據(jù)客車方管加工特點(diǎn)恰當(dāng)?shù)倪x擇激光切割設(shè)備配置和切割文件轉(zhuǎn)換軟件就能夠使國(guó)產(chǎn)的激光切割設(shè)備適應(yīng)國(guó)內(nèi)的客車行業(yè)需要，并能大規(guī)模的推廣應(yīng)用，代替進(jìn)口的激光切割設(shè)備。

3.結(jié)束語

國(guó)內(nèi)，使用激光切割設(shè)備加工客車骨架方管的工藝還沒有普及，現(xiàn)在還處于研發(fā)試驗(yàn)階段，未來幾年將迎來客車行業(yè)大規(guī)模使用這種設(shè)備的高潮，這對(duì)于激光切割設(shè)備制作廠家和客車制作業(yè)都是一個(gè)巨大的市場(chǎng)機(jī)遇。

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作者簡(jiǎn)介：

楊毅（1964.5—），男，漢族，安徽人，本科學(xué)歷，中級(jí)職稱，1990年7月至今在安徽安凱金達(dá)機(jī)械制造有限公司技術(shù)中心工作，擔(dān)任領(lǐng)導(dǎo)職務(wù)，主要負(fù)責(zé)客車焊接構(gòu)件生產(chǎn)工藝制作和平衡懸架、翻轉(zhuǎn)懸架設(shè)計(jì)開發(fā)指導(dǎo)工作。