文/劉洋·上海柏楚電子科技股份有限公司

管材加工現(xiàn)狀

目前，很多管材加工制造業(yè)廠商對(duì)管材的加工是通過鋸切、沖壓、銑削、鉆孔、線割等傳統(tǒng)加工手段完成的，如圖1 所示，這就使得加工一個(gè)零件不僅需要完成多道工序、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，而且在適應(yīng)性、加工精度和質(zhì)量等方面也難以把控。

隨著激光技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，激光切管機(jī)已經(jīng)越來越向智能化方向發(fā)展，讓許多金屬管材加工行業(yè)的終端客戶得到了實(shí)實(shí)在在的好處。激光切管作為管材加工的新型加工方法，如圖2 所示，在大部分應(yīng)用場合可以完全替代傳統(tǒng)管材加工，解決了傳統(tǒng)管材加工存在的效率低、加工精度低、毛刺大和勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺陷，為管材加工制造商節(jié)省了加工工序和工位，節(jié)約了人力成本和生產(chǎn)成本。

圖2 激光切割管材

隨著激光管材切割技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，激光切管機(jī)以其專業(yè)、穩(wěn)定的切割效果迅速占領(lǐng)了金屬加工行業(yè)，特別是在汽車制造、機(jī)械制造、石油開采等領(lǐng)域得到了大量的應(yīng)用，如圖3 所示。在整個(gè)管材加工流程中，管材的加工精度是至關(guān)重要的一環(huán)，伴隨著激光功率的逐步提高，傳統(tǒng)等離子切管機(jī)被激光切管機(jī)陸續(xù)替代。

圖3 激光切管機(jī)的應(yīng)用

近年來，我國在大直徑、厚壁、高鋼級(jí)直縫埋弧焊管應(yīng)用領(lǐng)域吸收引進(jìn)了國外鋼管結(jié)構(gòu)的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，尤為重視發(fā)展重型鋼管結(jié)構(gòu)。伴隨著重型管材在建筑領(lǐng)域和港口海工裝備領(lǐng)域的成熟應(yīng)用，重型切管機(jī)的需求占比逐年上升。因此，重型管的加工正逐步受到關(guān)注，但由于重型管因體積大、內(nèi)壁厚導(dǎo)致的重型管上下料難和管材孔加工精度差等問題，一直是當(dāng)前設(shè)備廠商難以攻克的難題。重型管加工如圖4 所示。為了能夠更好地解決重型管加工問題，切管系統(tǒng)必須做好下三個(gè)方面的改善。

圖4 重型管加工

柏楚重型管切割解決方案

四卡盤機(jī)床——機(jī)床改善

機(jī)床支架是切管機(jī)必不可少的輔助機(jī)械，現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)具有針對(duì)不同尺寸管材進(jìn)行浮動(dòng)支撐的支架。但浮動(dòng)支架只能處理重型管的豎向下墜，無法解決管材旋轉(zhuǎn)過程中的橫向甩動(dòng)，這樣的甩動(dòng)會(huì)造成加工軌跡變形問題，時(shí)間久了會(huì)對(duì)機(jī)床造成損傷。

在以往的切管機(jī)中，兩卡盤機(jī)床切割重型管長零件有下墜弊端，如圖5 所示，而隨動(dòng)支架只能限制管材上下方向甩動(dòng)，無法解決管材左右方向甩動(dòng)，甩動(dòng)太大會(huì)產(chǎn)生切割精度差甚至撞頭的危險(xiǎn)。三卡盤機(jī)床切割重型管長零件可以解決下墜問題，但長零件的精度無法保證，同時(shí)對(duì)于零件的下料，前卡對(duì)于重型管的夾持力不足，可能出現(xiàn)卡爪崩壞。

圖5 重型管長零件下墜

綜上所述，為解決重型管長零件的下墜和下料問題，機(jī)床在中卡和前卡中間增加了第四卡盤來替代隨動(dòng)支架，利用第四卡盤解決了隨動(dòng)支架無法處理管材左右晃動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)速度無法提升的問題，有效保證了管材的穩(wěn)定性，同時(shí)下料時(shí)有兩個(gè)卡盤輔助支撐，能很好地解決實(shí)際加工中的軌跡變形、振顫等難題，加強(qiáng)了管材的剛性，保證了加工精度，不僅提高了加工效率，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化下料。四卡盤機(jī)床如圖6 所示。

圖6 四卡盤機(jī)床

切割頭插補(bǔ)加工小孔——精度改善

在通常的切管加工中，由切割頭配合主卡移動(dòng)切割管材上的小孔，但由于負(fù)載大小不同，也就是所加工管材的管徑與壁厚不同，主卡伺服只使用一套參數(shù)參與插補(bǔ)無法保證小孔的加工精度。同時(shí)，當(dāng)管材過重時(shí)，主卡夾持管材參與加工，會(huì)造成管材出現(xiàn)輕微的晃動(dòng)，甚至?xí)?dǎo)致加工軌跡變形，如圖7 所示。

圖7 加工軌跡變形

因此，在切割頭部分增加小Y 軸來負(fù)責(zé)小軌跡的插補(bǔ)。如圖8 所示，當(dāng)加工大軌跡時(shí)，切割頭靠近卡盤進(jìn)行正常加工，當(dāng)加工小軌跡時(shí)，卡盤不再控制管材前后運(yùn)動(dòng)，由切割頭的小Y 軸來負(fù)責(zé)管材Y向的加工尺寸。切割頭插補(bǔ)后的加工軌跡如圖9 所示。

圖8 切割頭小Y 軸位置

圖9 切割頭插補(bǔ)后的加工軌跡

全自動(dòng)上下料結(jié)構(gòu)——上下料改善

對(duì)于重型管來說，上下料嚴(yán)重影響工作效率，單純的吊機(jī)上下料費(fèi)時(shí)費(fèi)力，如圖10 所示。

圖10 重型管上下料

為提高上下料工序的工作效率，柏楚系統(tǒng)增加了上下料功能軸的全自動(dòng)化控制，通過各種邏輯運(yùn)算，可單獨(dú)控制上料機(jī)構(gòu)的伺服軸，保證管材送到卡盤中心，方便卡盤夾持。同時(shí)，可根據(jù)管材的尺寸完成上料機(jī)構(gòu)的分料、送料、測量、限料、升料和擋料等操作，上料部分還能以支持Modbus 通訊的方式完成跟外部上料機(jī)的對(duì)接。上料功能軸參數(shù)設(shè)置界面如圖11 所示。在下料區(qū)域，可根據(jù)不同的零件屬性，控制B3、B4 卡盤到不同的下料區(qū)域進(jìn)行下料，方便分揀。華工激光切管機(jī)上下料機(jī)構(gòu)如圖12 所示。

圖11 上料功能軸參數(shù)設(shè)置界面

圖12 華工激光切管機(jī)上下料機(jī)構(gòu)

結(jié) 束 語

柏楚金屬管材激光切割軟件TubePro 配合OEM廠商攻克行業(yè)難題，將多年沉淀的自動(dòng)化管材切割經(jīng)驗(yàn)整合到軟件功能中，對(duì)多種切管機(jī)進(jìn)行適配，完成機(jī)床的自動(dòng)化控制，減少系統(tǒng)的開發(fā)周期，縮短客戶的新機(jī)交付周期。同時(shí)，充分發(fā)揮激光切割優(yōu)勢，保證高速高精度下料，全方位提升用戶體驗(yàn)。未來，柏楚系統(tǒng)仍然會(huì)不斷優(yōu)化并完善激光切割技術(shù)在整個(gè)加工流程中與每一個(gè)加工環(huán)節(jié)的契合度，讓激光加工更簡單，為激光加工行業(yè)發(fā)展保駕護(hù)航。