柏楚切管系统让重型管切割零压力

文/刘洋·上海柏楚电子科技股份有限公司

管材加工现状

目前，很多管材加工制造业厂商对管材的加工是通过锯切、冲压、铣削、钻孔、线割等传统加工手段完成的，如图1 所示，这就使得加工一个零件不仅需要完成多道工序、劳动强度大、效率低，而且在适应性、加工精度和质量等方面也难以把控。

随着激光技术、物联网技术、互联网技术的发展，激光切管机已经越来越向智能化方向发展，让许多金属管材加工行业的终端客户得到了实实在在的好处。激光切管作为管材加工的新型加工方法，如图2 所示，在大部分应用场合可以完全替代传统管材加工，解决了传统管材加工存在的效率低、加工精度低、毛刺大和劳动强度大等缺陷，为管材加工制造商节省了加工工序和工位，节约了人力成本和生产成本。

图2 激光切割管材

随着激光管材切割技术在工业领域中的广泛应用，激光切管机以其专业、稳定的切割效果迅速占领了金属加工行业，特别是在汽车制造、机械制造、石油开采等领域得到了大量的应用，如图3 所示。在整个管材加工流程中，管材的加工精度是至关重要的一环，伴随着激光功率的逐步提高，传统等离子切管机被激光切管机陆续替代。

图3 激光切管机的应用

近年来，我国在大直径、厚壁、高钢级直缝埋弧焊管应用领域吸收引进了国外钢管结构的先进设计理念，尤为重视发展重型钢管结构。伴随着重型管材在建筑领域和港口海工装备领域的成熟应用，重型切管机的需求占比逐年上升。因此，重型管的加工正逐步受到关注，但由于重型管因体积大、内壁厚导致的重型管上下料难和管材孔加工精度差等问题，一直是当前设备厂商难以攻克的难题。重型管加工如图4 所示。为了能够更好地解决重型管加工问题，切管系统必须做好下三个方面的改善。

图4 重型管加工

柏楚重型管切割解决方案

四卡盘机床——机床改善

机床支架是切管机必不可少的辅助机械，现有技术中，已经具有针对不同尺寸管材进行浮动支撑的支架。但浮动支架只能处理重型管的竖向下坠，无法解决管材旋转过程中的横向甩动，这样的甩动会造成加工轨迹变形问题，时间久了会对机床造成损伤。

在以往的切管机中，两卡盘机床切割重型管长零件有下坠弊端，如图5 所示，而随动支架只能限制管材上下方向甩动，无法解决管材左右方向甩动，甩动太大会产生切割精度差甚至撞头的危险。三卡盘机床切割重型管长零件可以解决下坠问题，但长零件的精度无法保证，同时对于零件的下料，前卡对于重型管的夹持力不足，可能出现卡爪崩坏。

图5 重型管长零件下坠

综上所述，为解决重型管长零件的下坠和下料问题，机床在中卡和前卡中间增加了第四卡盘来替代随动支架，利用第四卡盘解决了随动支架无法处理管材左右晃动以及旋转速度无法提升的问题，有效保证了管材的稳定性，同时下料时有两个卡盘辅助支撑，能很好地解决实际加工中的轨迹变形、振颤等难题，加强了管材的刚性，保证了加工精度，不仅提高了加工效率，还可以实现自动化下料。四卡盘机床如图6 所示。

图6 四卡盘机床

切割头插补加工小孔——精度改善

在通常的切管加工中，由切割头配合主卡移动切割管材上的小孔，但由于负载大小不同，也就是所加工管材的管径与壁厚不同，主卡伺服只使用一套参数参与插补无法保证小孔的加工精度。同时，当管材过重时，主卡夹持管材参与加工，会造成管材出现轻微的晃动，甚至会导致加工轨迹变形，如图7 所示。

图7 加工轨迹变形

因此，在切割头部分增加小Y 轴来负责小轨迹的插补。如图8 所示，当加工大轨迹时，切割头靠近卡盘进行正常加工，当加工小轨迹时，卡盘不再控制管材前后运动，由切割头的小Y 轴来负责管材Y向的加工尺寸。切割头插补后的加工轨迹如图9 所示。

图8 切割头小Y 轴位置

图9 切割头插补后的加工轨迹

全自动上下料结构——上下料改善

对于重型管来说，上下料严重影响工作效率，单纯的吊机上下料费时费力，如图10 所示。

图10 重型管上下料

为提高上下料工序的工作效率，柏楚系统增加了上下料功能轴的全自动化控制，通过各种逻辑运算，可单独控制上料机构的伺服轴，保证管材送到卡盘中心，方便卡盘夹持。同时，可根据管材的尺寸完成上料机构的分料、送料、测量、限料、升料和挡料等操作，上料部分还能以支持Modbus 通讯的方式完成跟外部上料机的对接。上料功能轴参数设置界面如图11 所示。在下料区域，可根据不同的零件属性，控制B3、B4 卡盘到不同的下料区域进行下料，方便分拣。华工激光切管机上下料机构如图12 所示。

图11 上料功能轴参数设置界面

图12 华工激光切管机上下料机构

结 束 语

柏楚金属管材激光切割软件TubePro 配合OEM厂商攻克行业难题，将多年沉淀的自动化管材切割经验整合到软件功能中，对多种切管机进行适配，完成机床的自动化控制，减少系统的开发周期，缩短客户的新机交付周期。同时，充分发挥激光切割优势，保证高速高精度下料，全方位提升用户体验。未来，柏楚系统仍然会不断优化并完善激光切割技术在整个加工流程中与每一个加工环节的契合度，让激光加工更简单，为激光加工行业发展保驾护航。