矩形管仿形铣切锯恒定弧长切割算法

2021-04-07吕翠玉於成业

焊管 2021年2期

吕翠玉，於成业

（1. 沈阳康特机电设备有限公司，沈阳110144；2. 沈阳机床股份有限公司数控刀架分公司，沈阳110142）

0 前言

随着较大直径直缝焊管产品需求的日益增长，仿形铣切锯的使用量逐年递增。仿形铣切锯能够克服普通冷切锯在切割大直径、厚壁管上存在的困难，一般由2～4 个镶齿锯片参与切割，锯片直径为250～350 mm，利用仿形钢管轮廓铣切的原理实现以小锯片切透大钢管的目的。在直缝焊管生产线中，仿形铣切锯作为最后的切断设备，决定着焊管的切割精度和切口质量，同时还制约着生产效率，影响生产成本。如果切割时锯片位置不合理，不但会导致切面粗糙，还会影响锯片寿命。本研究在R-θ 仿形铣切机的基础上，采用两张锯片进行切割，设计了一种针对矩形管的恒定弧长切割算法，并进行了实际切割验证。

1 切割模型

R-θ 仿形铣切机械结构如图1 所示，由大盘旋转轴、径向进给轴和锯片旋转轴组成，切割时通过大盘旋转，进给的径向运动，拟合运行轨迹，完成切割。

图1 R-θ 仿形铣切机械结构示意图

本研究设计的切割算法适用于矩形管，锯片中心的轨迹如图2 所示，且在切割管壁时，锯片与管壁相交的弧长一致，进给轴的速度随进给位置的增大而逐渐降低到0，之后再反向增大，这样在切割立面时可降低主轴扭矩，达到提高锯片使用寿命的目的。

图2 R-θ 锯片中心轨迹示意图

2 切割算法

大盘匀速旋转，进给根据拟合曲线前进或后退动作。已知大盘的旋转角β，锯片的半径R，矩形管水平边长H，矩形管垂直边长L，求锯片中心到管中心的距离W。现以立出的矩形管为例，需保证大盘启动加速度一定要小，否则会导致径向切割速度过大，主轴扭矩升高，损伤锯片。结合图2 得出的具体计算步骤如下

①当0≤β≤β1时，进给位置不变，此时还未切到管壁；

此时开始锯片始终与过切量的直线相切运动，保证切割立面时锯片与管壁相交的弧长保持恒定；

此段仍然沿L1等弧长切削；

此时开始锯片始终与过切量的直线L2相切运动，保证切割水平面时锯片与管壁相交的弧长保持恒定；

⑥当π-B2＜β＜计算的切断角度时，

此段仍然沿L2等弧长切削。

通过分段计算出的锯片中心到管中心的距离W，可以确定进给轴每周期走的位置，并在CT-Ⅲ运动控制器中进行程序编写，模拟测试空载时进给轴和大盘轴的速度和位置曲线，如图3 所示。

该切割算法考虑到大盘机械间隙的问题，故让大盘旋转轴以固定速度运动，但实际折算到矩形管管壁的进刀量并不是恒定的。若可以忽略大盘间隙的影响，该算法可以进行更进一步的优化。

图3 仿形锯空载时进给轴和大盘轴速度与位置变化曲线

3 试验验证

对该仿形锯恒定弧长切割算法进行验证，实际切割Q345B 材质140 mm×140 mm×2.4 mm 矩形焊管。镶齿锯片直径300 mm， 72 齿，大盘进刀量0.07 mm，锯片线速度300 m/min，进给过切量6 mm ，主轴1 的扭矩和速度波形如图4 所示。由试验结果可知，立面切割时的主轴扭矩明显降低，切割表面光滑，无毛刺。但需要注意的是在大盘开始旋转时应减小加速度，以达到入切扭矩降低的目的。