三卡盤零尾料激光切管機研究

洪 靜，倪振興，潘文金，郝靜文

（1.江蘇亞威機床股份有限公司，江蘇 揚州 225200；2.江蘇省金屬板材智能裝備重點實驗室，江蘇 揚州 225200）

數控激光切管機（圖1）是一種專業進行管材切割加工的設備，其通過前后卡盤帶動管材進行旋轉運動，利用切割頭相對于管材軸線以及截面方向運動合成切割軌跡。相比于傳統管材的鋸切、火焰切割、等離子切割等加工方式，數控激光切管機具有切割速度快、精度高、柔性好等諸多優點。近年來隨著市場對管材切割質量要求的提高，以及健身器材、醫療器械、建筑裝飾等行業規模的擴大，數控激光切管機的需求量快速增加。

圖1 激光切管機

1 常規激光切管機結構分析

當前，激光切管機的主流結構形式為兩卡盤式，如圖2 所示，切割頭位于兩卡盤外側。由于移動卡盤、滾輪卡盤的固有夾持位置以及切割頭中心到卡盤之間的距離，存在一定的尾料，給用戶帶來不必要的管材浪費。同時在加工較長的成品工件過程中，管材懸出端較長，即便添加浮動裝置進行輔助支撐，加工管材精度仍不盡人意。

圖2 兩卡盤切管機長成品工件加工示意圖

為解決上述尾料較長以及長成品工件加工精度問題，三卡盤切管機技術應運而生，如圖3 所示。目前主流的三卡盤采用中空三卡方案，即移動卡盤加兩個滾輪卡盤的方案。該方案雖然可顯著減少尾料長度，但對于尾端存在孔位的零件難以實現零尾料切割（圖4）。同時對于首個長的成品工件，由于三卡盤在切割頭同側，無法對成品工件懸出端進行有效支撐，切割精度難以保證。在成品工件落料方案上，該三卡盤方案存在難以自動落料問題。

圖3 中空三卡盤切管機首個長成品工件加工示意圖

圖4 中空三卡盤切管機工件末端加工示意圖

2 三卡盤零尾料激光切管機

為解決當前兩卡盤切管機以及中空三卡盤切管機存在的弊端，本產品創新采用了拉料式三卡盤結構，如圖5 所示，配備拼裝式浮動托板，每組浮動托板可實現獨立的升降浮動動作，同時可獨立的進行翻轉落料。本產品在保證長成品工件切割精度的同時，實現零尾料切割，并實現成品工件自動落料。

圖5 三卡盤零尾料切管機整機布局圖

本產品在傳統的兩卡盤的基礎上，在下料區域增加了拉料卡盤。如圖6 所示，在成品工件長度大于某個設定值時，拉料卡盤移動夾持管材，三卡盤同時夾持管材進行加工，配合拼裝式浮動托板對成品工件進行浮動支撐，顯著提高了長成品工件加工精度。

圖6 三卡盤零尾料切管機長成品工件加工示意圖

當切割到工件末端時，為保證零尾料切割，中卡進行越位，利用拉料卡盤和中卡對管材進行夾持，如圖7 所示，對成品工件末端進行加工。由于拉料卡盤采用齒形夾具，可對管材進行有效夾持，實現管材的軸向移動，滿足工件末端的孔位加工要求。

圖7 三卡盤零尾料切管機工件末端加工示意圖

成品工件加工結束后，由于下料區域配備了分段式浮動托板，可根據成品工件的長度升起相應的浮動托板，對成品工件進行支撐，卡爪松開，浮動臺面翻轉落料。避免了整長浮動托板在成品工件長度小于托板長度時，由于需要避讓卡盤，浮動托板無法升起自動落料問題。如圖8 所示。

圖8 三卡盤零尾料切管機零尾料切割落料示意圖

3 產品優勢分析

（1）零尾料切割，降低用戶材料成本。本產品相比于主流的兩卡盤和中空三卡盤激光切管機，采用了拉料三卡盤整體結構。在進行管材末端切割時，中卡越位，通過中卡和拉料卡夾持管材進行切割，真正實現了零尾料切割，降低了用戶的材料成本。

（2）拉料卡輔助夾持，大幅提高長成品工件切割精度。在進行長成品工件的加工過程中，拉料卡可對成品工件的末端進行夾持，配合分段式浮動托板的輔助支撐，顯著提高長成品工件的切割精度。

（3）獨立升降的分段式浮動托板，實現成品工件自動落料。下料采用分段式浮動托板結構，每組托板可獨立升降。根據成品工件的長度升起相對應的浮動托板，需要進行落料時，卡盤松開避讓，浮動托板翻轉自動落料。

4 結束語

數控激光切管機作為傳統管材加工工藝的替代技術，市場應用場景不斷拓展。而本文所述零尾料三卡盤切管機與目前主流的切管機相比，可為用戶降低材料成本，同時提高成品工件加工精度。未來配合分揀碼垛裝置，可實現管材全程自動化生產加工，為用戶提供更加完美的管材加工解決方案。