中厚板坡口切割实例

文／ 北京斯达峰控制技术有限公司

北京米森科诺控制技术有限公司

坡口切割过程属于是3D运动，一套好的坡口切割系统要具备几大条件：⑴机械稳定的拟合角回转头；⑵基础稳定，刚性好，横平竖直的机床结构；⑶良好的高度控制策略；⑷坡口加工中难免需要二次加工，对二次加工工件要有好的定位方式；⑸各种误差难免存在，要有好的误差补偿机制；⑹行之有效且简单的编程方法。

SF-5610-PK六轴坡口切割数控系统（图1）可用于普通平面切割和坡口切割，是由数控系统、高度控制器、测距激光、定位激光、数控等离子电源、回转机构、坡口等离子割炬等组成（图2）。下面是对于本套系统的工作特点介绍和使用经验分享。

图1 SF-5610-PK六轴坡口切割数控系统

图2 系统组成

机械稳定的结构

如图3所示，坡口切割不论是等离子还是火焰，枪的功率都比较大，枪线都比较粗，导致工作中存在很大的隐患。回转头的正常安装方法如图4所示，正确的绕线可以提供割枪最大的活动范围。需要注意的是，因为坡口向右是正角度（不会有负角度），所以线要盘在右边。

图3 坡口切割

图4 回转头正确的绕线方法

在机床结构上对生产厂家的产品要求很高，主要是基础要平稳，一般料架采用锯齿形的，回转头的安装一定要有水平尺，保证横平竖直。

良好的高度控制策略

料架经过长时间使用后，其钢板不可能保持平直。因此，我们的高度控制策略主要包括以下方面。

弧压高度控制器

SF-HC25C3（图5）具有直切、坡口切两种工作模式，适用于直切，全正斜坡口，上Y形坡口。具有双初始定位高度和双切割高度控制，高度为实际精确距离（而非电压），运行中智能弧压识别记忆，省去弧压设定的烦恼。测量精度不大于0.1毫米，采样速率1k赫兹。系统自动通过网格化的测量高度，确保切割全过程的高度控制有效。

图5 SF-HC25C3控制器

三点式激光测距仪

⑴激光测距仪的安装。

激光测距仪（图6）的下开口处距离钢板应在400毫米左右。

图6 SF-FLMD01点激光测距仪

⑵采用三点测量法。

三点测量法适用于小面积的钢板，对于各种切割方法，特别是K形坡口有效。在平整的钢板上，选择一个特殊点（一般取参考点）为起点，用三个点分布在钢板上形成平面方程，在此范围内可计算出任意点Z的高度，精度在1毫米以内。

⑶使用网格化测量对大面积钢板进行高度标定。

输入钢板的长度、宽度、网点间隔，系统自动计算网点的分布，并测量各点的高度。周围四个点构成两个三角平面，加工时根据机床坐标自动算出各点高度。如图7所示为一个旋转钢板的实例，图中各点的数据是实测的高度，钢板倾斜是由于没有放平的原因所导致。

图7 网格高度控制示意图

系统定位装置的作用

十字激光定位仪

在坡口加工中难免会碰上需要二次加工的问题。此时，零件的摆放位置，偏转角度都会严重影响加工的质量。增加十字激光定位仪（图8），就是为了更好地处理二次加工问题，使用方法如图9所示。

图8 十字激光定位仪

图9 十字激光定位仪的使用方法

在实际使用中要用到两次定位，包括左下角（原点）和右上角方能准确定位。例如，我们要在一个孔上切K形坡口，孔已经事先切好了。选择右上角后，系统自动计算中心位置（十字光标到中心），返回参考点后系统就可直接加工。

拟合角回转头

拟合角回转头SF-HZ80（图10）利用双旋转轴空间拟合角原理设计，自动高效精密切割和焊接板材管道坡口及复杂几何形状，包括切割V形、Y形、正坡口和反坡口，可方便与任何横梁式自动焊割设备配合或集成，配合自主研发的专用5～8轴联动数控系统广泛应用于工程机械、重工等制造业。

图10 拟合角回转头SF-HZ80

拐角速度转换角：如图11所示，当程序段之间运行方向变化超过此角度时，系统拐角时降速到起动速度。一般系统比较重时，此值选小些。调正时可根据加工速度、机床振动情况确定，振动大则此值选小。

图11 拐角速度转换角和拐角圆弧过渡半径图示

拐角圆弧过渡半径：在高速处理子线段加工时，如果机床有振动，可适当将此半径加大，一般在4～8mm之间。

回退/前进速度：切割暂停后，回退或前进的速度，此操作一般是断弧后回退到断弧点，所以速度不能太快。建议值为500mm/min。

小圆弧限速：在切割小圆弧时，如果速度过快，会切得不圆，所以要进行限速。建议值为500mm/min。

小圆弧限速半径：切割零件的半径小于此值时会按小圆弧限速值运行。建议值为15mm/min。

良好的误差补偿算法

再好的回转头都可能有误差，将严重影响加工精度。误差的调整非常困难，这也常常是厂家最终选择弃用的原因。为此我们特别设计了一个小装置——定位针，安装在等离子枪中，如图12所示。

图12 配合测试安装定位针

我们提供了三种补偿方法：

⑴回转头竖直偏心补偿（图13）。

图13 回转头竖直偏心补偿示意

⑵回转头坡口偏心补偿（图14）。

图14 坡口角偏心补偿方法

⑶回转头垂直度的补偿。

⑷根据实切的效果，适当的修改补偿参数，以到达最好的切割效果。

图15为一个实际的K形坡口切割补偿的图形，黄实线是直切部分的轨迹，虚线分别是上坡口或下坡口的补偿轨迹。注意，其中的补偿角度是可以修改的，通过观察切割的过程，修改补偿方向角度，效果立竿见影。

图15 实际补偿的数控轨迹

简单的编程方法

往往坡口切割的编程非常复杂，且套料软件价格昂贵。而该系统提供了非常简单的编程软件，只需对普通平面套料软件生成的程序，在系统中再编辑一下（该加坡口的线段加坡口，该直切的保留，不需要的可以删掉）。系统自动完成多次加工，不需客户编写一条程序，学习和使用非常简单明了。

另外，系统还提供了手工排料，自动排列编程方式。如图16所示，其为一个将普通的外方内圆的平面加工程序，经过简单编辑，先编写内圆是K形坡口，四边是直切，再通过自动排列生成共边的4×4切割程序。

图16 一个4X4外方内圆K形坡口共边的例子

可以切割5种坡口类型（图17），首先在软件中选择网格化高度测量，对一个大钢板进行高度标定，再选择好一个参考点，客户就可以开始加工了。

图17 5种坡口类型

结束语

SF-5610-PK六轴坡口切割数控系统采用高可靠设计，具有抗等离子干扰，防雷击、浪涌的能力；具有割缝补偿功能，并检测程序中补偿是否合理，作出相应报告，供用户选择；与各种套料软件完全兼容，如：STARCAM、IBE、FASTCAM等；采用了特殊的小线段处理功能，行走流畅，可广泛的应用于金属下料及广告、铁艺等。