莫云霞，孫淑華，石林瀟，路 坤，張建設，宮 寧，寧 波

（國機鑄鍛機械有限公司，山東 濟南 250306）

隨著國內卡車行業(yè)的飛速發(fā)展，客戶的個性化需求越來越多，各種各樣的車架層出不窮。車架是卡車中最重要的承載部件，而車架縱梁又是其中的關鍵零件之一。縱梁加工的傳統(tǒng)切割工藝，已經不能很好地滿足用戶多樣化的需求。

機器人等離子數(shù)控切割生產技術是集計算機控制技術、機器人技術、等離子切割技術以及精密機械技術于一體的新技術。傳統(tǒng)的熱切割工藝存在效率低、質量差、勞動強度大而且環(huán)境臟亂差的問題。發(fā)展機器人等離子數(shù)控切割生產技術，可以從根本上改變傳統(tǒng)切割技術的弊端。

本文介紹了一種機器人等離子數(shù)控切割設備，通過機器人示教再現(xiàn)功能完成縱梁切割，實現(xiàn)了車架縱梁的柔性化加工，可適應多品種、小批量生產，滿足不同規(guī)格縱梁和加強梁的切割需要。該設備主要依托于濟南鑄造鍛壓機械研究所研發(fā)的機器人等離子數(shù)控切割生產線。

1 切割方式對比

目前熱切割的三種主要方式為火焰切割、激光切割和等離子切割。

火焰切割是最古老的熱切割方式，成本低，并且是切割厚金屬板的唯一經濟有效的辦法。但是火焰切割變形較大，適應不了高精度的切割需要，切割的準確性對操作人員的技術要求高；而且切割速度慢，難以適應無人化操作。

激光切割，是用聚焦鏡聚焦從激光器輸出的激光光束作為高密度能量，照射在材料上，使材料受熱熔化（蒸發(fā)）而切割的方法。輔助氣體與激光束同軸噴射，用于吹掉熔融金屬以保護聚焦鏡。與火焰切割以及等離子切割相比，由于單位面積的能量大，所以激光切割的能量密度高，割縫寬度小、熱影響區(qū)域小，精度高。聚焦鏡和輔助氣體噴出裝置構造如圖1所示。激光切割的缺點是價格相對昂貴，而且隨著切割厚度的增加切割速度明顯下降。

圖1 切割聚焦示意圖

圖2 等離子切割示意圖

等離子數(shù)控切割是利用高溫等離子電弧的熱量使工件切口處的金屬局部熔化（和蒸發(fā)），并借高速等離子的動量排除熔融金屬以形成切口的一種加工方法，如圖2所示。等離子切割范圍寬，可切割一切金屬板材和許多非金屬材料。切割后的割口面一般情況下不需要進行表面加工。切割表面質量與激光切割近似，但切割成本遠低于激光切割，約為其1/3。等離子數(shù)控切割具有自動化程度高、使用方便、精度高、可靠性高、價格低，易操作維護等優(yōu)點,廣泛適用于各種機械制造業(yè)中金屬板材的下料切割。因此，研究推廣數(shù)控等離子切割技術具有重要的意義。

2 設備組成

該機器人等離子數(shù)控切割設備主要由縱向進料系統(tǒng)、中間支撐橫梁、機器人系統(tǒng)、等離子切割單元、縱向出料系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)等組成。

2.1 縱向進料系統(tǒng)

縱向進料系統(tǒng)包括送進架、送料支撐及動力裝置以及伺服送料小車。

送料支撐及動力裝置與送進架并排安裝，分為送料支撐裝置部分及動力裝置兩部分，負責板料的支撐及側向定位；動力裝置負責將縱梁送至伺服送進小車夾鉗工作區(qū)域。

伺服送料小車結構如圖3所示，該伺服送進小車以伺服電機為精準送料動力，利用夾鉗夾持縱梁進行送料，該送料方式可實現(xiàn)對縱梁全長范圍內數(shù)控定位，使梁在任意位置精確定位，確?？v梁無切割盲區(qū)，其重復定位精度±0.5mm。切割完成后，自動出料。

圖3 伺服送料小車示意圖

2.2 中間支撐橫梁

中間支撐橫梁結構如圖4所示，安裝在切割房內，其中心部分為板料的切割區(qū)，起支撐板料及側導向作用。當板料送至切割位后，將板料支撐住，進而按照要求進行切割。中間支撐橫梁具有調節(jié)功能，在切割不同縱梁產品時可任意調整。

圖4 中間支撐橫梁結構

2.3 機器人系統(tǒng)

選用ABB機器人，帶有弧壓調高、示教再現(xiàn)以及防碰撞功能。通過示教再現(xiàn)功能，機器人調用相應的切割程序完成切割要求。對機器人進行示教的新程序，可在觸摸屏內手動調用?；赫{高功能，能夠保證切割質量，不斷弧、不撞槍。防碰撞功能，能夠保證在發(fā)生意外碰撞時，機器人可立即停止動作，或通過其他方式防止機器人受到損傷。機器人結構如圖5所示。

圖5 機器人結構

機器人具備對不同規(guī)格產品進行程序預設置及存儲的功能，切割設備可以針對不同規(guī)格產品，自動調用對應切割程序完成加工要求。

2.4 等離子切割單元

等離子切割電源選用德國凱爾貝精細等離子切割電源。低頻啟動，因而對于CNC數(shù)控系統(tǒng)沒有干擾。由于沒有切割引弧時的高頻干擾，調試和實際使用都非常穩(wěn)定。

切割電流可以調節(jié)，切割不同厚度材料可以選擇不同的電流，有利于切割不同厚度工件，保證切割質量。

割炬為水冷式設計，不僅可直接冷卻電極，同時可直接冷卻噴嘴，易損件的壽命較競爭對手明顯延長，因此使用成本大幅度降低。兩種割炬對比如圖6所示。

圖6 割炬對比

2.5 縱向出料系統(tǒng)

縱向出料系統(tǒng)包括送料支撐及動力裝置。送料支撐裝置負責板料的支撐及側向定位；動力裝置負責將縱梁可下料區(qū)域。

2.6 安全防護系統(tǒng)

該設備配有相應的切割房，操作面留有觀察窗，操作人員可在外面觀察機器人切割態(tài)勢。切割房上部留有除塵管道接口，配有除塵器，滿足環(huán)境排放要求。

3 主要性能特點

（1）進料獨立循環(huán)、切割獨立循環(huán)、出料獨立循環(huán)，三個獨立循環(huán)系統(tǒng)，使上下料動作同時進行，縮短了上下料時間。

（2）能適應多品種柔性化生產，滿足不同規(guī)格工件切割需要。

（3）操作維護傻瓜型。配液晶顯示器，使用非常明了方便。

（4）系統(tǒng)的可靠性高，可故障自診斷。

（5）采用模塊化設計，維修更換方便。

4 結束語

機器人等離子數(shù)控切割設備，具有極高的柔性化，對于不同寬度、高度、長度的縱梁，可通過觸摸屏調用對應的切割程序完成切割工序；非常適合現(xiàn)代化工廠多品種、小批量的生產狀況，又可適應縱梁的大批量生產，同時大大減輕工作人員的勞動強度，提高切割速度和產品質量，具有廣闊的市場應用前景。