柏楚切管系統讓重型管切割零壓力

文/劉洋·上海柏楚電子科技股份有限公司

管材加工現狀

目前，很多管材加工制造業廠商對管材的加工是通過鋸切、沖壓、銑削、鉆孔、線割等傳統加工手段完成的，如圖1 所示，這就使得加工一個零件不僅需要完成多道工序、勞動強度大、效率低，而且在適應性、加工精度和質量等方面也難以把控。

隨著激光技術、物聯網技術、互聯網技術的發展，激光切管機已經越來越向智能化方向發展，讓許多金屬管材加工行業的終端客戶得到了實實在在的好處。激光切管作為管材加工的新型加工方法，如圖2 所示，在大部分應用場合可以完全替代傳統管材加工，解決了傳統管材加工存在的效率低、加工精度低、毛刺大和勞動強度大等缺陷，為管材加工制造商節省了加工工序和工位，節約了人力成本和生產成本。

圖2 激光切割管材

隨著激光管材切割技術在工業領域中的廣泛應用，激光切管機以其專業、穩定的切割效果迅速占領了金屬加工行業，特別是在汽車制造、機械制造、石油開采等領域得到了大量的應用，如圖3 所示。在整個管材加工流程中，管材的加工精度是至關重要的一環，伴隨著激光功率的逐步提高，傳統等離子切管機被激光切管機陸續替代。

圖3 激光切管機的應用

近年來，我國在大直徑、厚壁、高鋼級直縫埋弧焊管應用領域吸收引進了國外鋼管結構的先進設計理念，尤為重視發展重型鋼管結構。伴隨著重型管材在建筑領域和港口海工裝備領域的成熟應用，重型切管機的需求占比逐年上升。因此，重型管的加工正逐步受到關注，但由于重型管因體積大、內壁厚導致的重型管上下料難和管材孔加工精度差等問題，一直是當前設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，切管系統必須做好下三個方面的改善。

圖4 重型管加工

柏楚重型管切割解決方案

四卡盤機床——機床改善

機床支架是切管機必不可少的輔助機械，現有技術中，已經具有針對不同尺寸管材進行浮動支撐的支架。但浮動支架只能處理重型管的豎向下墜，無法解決管材旋轉過程中的橫向甩動，這樣的甩動會造成加工軌跡變形問題，時間久了會對機床造成損傷。

在以往的切管機中，兩卡盤機床切割重型管長零件有下墜弊端，如圖5 所示，而隨動支架只能限制管材上下方向甩動，無法解決管材左右方向甩動，甩動太大會產生切割精度差甚至撞頭的危險。三卡盤機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，同時對于零件的下料，前卡對于重型管的夾持力不足，可能出現卡爪崩壞。

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，機床在中卡和前卡中間增加了第四卡盤來替代隨動支架，利用第四卡盤解決了隨動支架無法處理管材左右晃動以及旋轉速度無法提升的問題，有效保證了管材的穩定性，同時下料時有兩個卡盤輔助支撐，能很好地解決實際加工中的軌跡變形、振顫等難題，加強了管材的剛性，保證了加工精度，不僅提高了加工效率，還可以實現自動化下料。四卡盤機床如圖6 所示。

圖6 四卡盤機床

切割頭插補加工小孔——精度改善

在通常的切管加工中，由切割頭配合主卡移動切割管材上的小孔，但由于負載大小不同，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參與插補無法保證小孔的加工精度。同時，當管材過重時，主卡夾持管材參與加工，會造成管材出現輕微的晃動，甚至會導致加工軌跡變形，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 軸來負責小軌跡的插補。如圖8 所示，當加工大軌跡時，切割頭靠近卡盤進行正常加工，當加工小軌跡時，卡盤不再控制管材前后運動，由切割頭的小Y 軸來負責管材Y向的加工尺寸。切割頭插補后的加工軌跡如圖9 所示。

圖8 切割頭小Y 軸位置

圖9 切割頭插補后的加工軌跡

全自動上下料結構——上下料改善

對于重型管來說，上下料嚴重影響工作效率，單純的吊機上下料費時費力，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，柏楚系統增加了上下料功能軸的全自動化控制，通過各種邏輯運算，可單獨控制上料機構的伺服軸，保證管材送到卡盤中心，方便卡盤夾持。同時，可根據管材的尺寸完成上料機構的分料、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的對接。上料功能軸參數設置界面如圖11 所示。在下料區域，可根據不同的零件屬性，控制B3、B4 卡盤到不同的下料區域進行下料，方便分揀。華工激光切管機上下料機構如圖12 所示。

圖11 上料功能軸參數設置界面

圖12 華工激光切管機上下料機構

結 束 語

柏楚金屬管材激光切割軟件TubePro 配合OEM廠商攻克行業難題，將多年沉淀的自動化管材切割經驗整合到軟件功能中，對多種切管機進行適配，完成機床的自動化控制，減少系統的開發周期，縮短客戶的新機交付周期。同時，充分發揮激光切割優勢，保證高速高精度下料，全方位提升用戶體驗。未來，柏楚系統仍然會不斷優化并完善激光切割技術在整個加工流程中與每一個加工環節的契合度，讓激光加工更簡單，為激光加工行業發展保駕護航。