傅鐘煒

（金華暢能機(jī)械有限公司，浙江 金華321000）

6 m左右的長鋼管材料在生產(chǎn)加工中需要切割成定長［1-2］的短鋼管材料，減少材料浪費(fèi)是重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。整個(gè)加工工藝流程主要包含平頭、送料、切割、尾料處理和剩余料處理。有效地減少鋼管平頭距離［3-4］，合理分配尾料，減少剩余管料的長度，可以提高管材的利用率，降低材料消耗成本。

托輥行業(yè)常用的全自動(dòng)切管機(jī)［5-8］送料方式是采用氣缸或輥輪［9］將管材送至固定位置，由于原料偏差及慣性等因素，無法確定管材頭部位置，只能通過預(yù)估，因此平頭會(huì)有浪費(fèi)產(chǎn)生；采用液壓油缸夾緊［10］，通過伺服電機(jī)控制油缸定位進(jìn)行定長送料，此方式無法及時(shí)檢測到剩余料長，只能根據(jù)原材料的長短，提前計(jì)算好管材切割長度和數(shù)量，以及尾料的長度和數(shù)量，適用模式單一，中途停止切割或原料長度偏差較大時(shí)無法準(zhǔn)確做出優(yōu)化調(diào)整。

本文參考機(jī)械手抓取及送料方式，采用雙吊夾送料模式，在前吊夾尾部安裝對(duì)射開關(guān)，用于檢測管材的頭部，送料時(shí)，前夾裝置對(duì)射感應(yīng)到后，停止送料，通過伺服可以精確定位管材平頭位置，并通過伺服電機(jī)控制前吊夾裝置實(shí)現(xiàn)定長送料；在后吊夾尾部也安裝對(duì)射開關(guān)檢測管材，前吊夾不斷送料，當(dāng)料尾部穿過后夾裝置對(duì)射開關(guān)時(shí)，即可確定剩余料長度，并據(jù)此作出正常加工及尾料處理的優(yōu)化操作，減少材料的浪費(fèi)。

1 主機(jī)結(jié)構(gòu)

雙吊夾切管機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。雙吊夾切管機(jī)主機(jī)的主要構(gòu)成部件有：機(jī)頭箱、前夾裝置、后夾裝置、剩余料下料架、底座及其他。切割刀盤及內(nèi)部夾緊裝置在機(jī)頭箱內(nèi)部；前夾裝置、后夾裝置使用液壓夾緊管材，通過伺服實(shí)現(xiàn)定長送料，尾部增加位置檢測開關(guān)（前夾對(duì)射開關(guān)、后夾對(duì)射開關(guān)）；切割剩余的管料通過剩余料下料架自動(dòng)掉出。

2 工藝流程

2.1 主機(jī)初始狀態(tài)

主機(jī)初始工作狀態(tài)如圖2所示，前夾裝置零點(diǎn)與后夾裝置零點(diǎn)都以吊夾尾部為基準(zhǔn)，前夾裝置初始位置距前夾裝置零點(diǎn)450 mm，后夾裝置距后夾裝置零點(diǎn)200 mm，加工管材通過托輥送料進(jìn)入送料口，前夾裝置對(duì)射感應(yīng)時(shí)，停止托輥送料，由于慣性會(huì)使加工料頭部超過前夾對(duì)射開關(guān)，后夾裝置夾緊，此時(shí)送料由前后夾伺服電機(jī)來控制。

圖1 雙吊夾切管機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)示意

圖2 主機(jī)初始工作狀態(tài)示意

2.2 精準(zhǔn)平頭

平頭的作用有：①去除鋼管頭部毛刺；②精準(zhǔn)定位加工管材的頭部，使鋼管第一次定長送料時(shí)不產(chǎn)生偏差。精準(zhǔn)平頭動(dòng)作流程為：伺服電機(jī)控制前夾裝置慢速前進(jìn)，前夾裝置對(duì)射開關(guān)無感應(yīng)時(shí)，表明管材頭部在前夾裝置對(duì)射開關(guān)位置，且無偏差，前夾裝置再快速后退（后退距離為一個(gè)夾頭的長度），前夾裝置夾緊，后夾裝置松開，前夾裝置送到前夾零點(diǎn)位置，就可以將管材頭部準(zhǔn)確送至切割位置進(jìn)行平頭操作，平頭距離可精確到±1 mm以內(nèi)。平頭工作流程如圖3所示。

圖3 平頭工作流程示意

2.3 定長送料

平頭完成后，就可以進(jìn)行定長送料流程。定長送料流程為：后夾裝置夾緊→前夾裝置松開→前夾裝置后退（后退長度為需要切割材料的長度）→前夾裝置夾緊，后夾裝置松開→前夾裝置送料（送料長度為需要切割材料的長度）→內(nèi)夾裝置夾緊，后夾裝置夾緊→切割→內(nèi)夾裝置松開，前夾裝置松開→進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

定長送料動(dòng)作重復(fù)進(jìn)行，不再過多描述，采用伺服電機(jī)控制送料方式，也能滿足送料精度要求。

2.4 尾料處理

一次次的定長送料，使管材長度不斷減少，管材的尾部超過后夾裝置對(duì)射開關(guān)時(shí)，就進(jìn)入了尾料處理階段，按正常定長送料方式會(huì)出現(xiàn)后夾裝置無法完全夾緊管料，甚至夾持不到管料的情況，此時(shí)就需要配合內(nèi)夾裝置繼續(xù)完成送料動(dòng)作。

正常定長送料時(shí)，當(dāng)管材尾部超過后夾裝置對(duì)射開關(guān)瞬間，記錄前夾裝置伺服位置，可以計(jì)算出此時(shí)剩余管料的精準(zhǔn)長度，其偏差不超過±1 mm。尾料處理流程如圖4所示，流程如下：送料到位→內(nèi)夾裝置夾緊，前夾裝置松開→前夾裝置后退到固定位置（后退距離大于內(nèi)夾裝置與切刀的距離，保證下次送料可以送到內(nèi)夾裝置位置）→前夾裝置夾緊→完成切割→內(nèi)夾裝置松開→前夾裝置將管料送至內(nèi)夾裝置位置→內(nèi)夾裝置夾緊→前夾裝置松開，前夾裝置后退（后退長度通過計(jì)算得到，因前夾裝置先將材料送至內(nèi)夾位置夾緊，此時(shí)已送料距離為內(nèi)夾裝置與切刀的距離，還需要送料的長度，即前夾后退的距離=需要材料的長度-內(nèi)夾與切刀的距離）→前夾裝置夾緊，內(nèi)夾裝置松開→前夾裝置送料→內(nèi)夾裝置夾緊→前夾裝置松開→前夾裝置后退至固定位置→進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

圖4 尾料處理流程示意

2.5 剩余管料處理

根據(jù)后夾裝置對(duì)射開關(guān)檢測計(jì)算的剩余管料長度，減去尾料處理階段對(duì)應(yīng)的切割長度，剩余管料長度小于需要切割的管料長度時(shí)，已無法再切割，直接進(jìn)入剩余管料處理階段。剩余管料處理流程為：后夾裝置回到零位→前夾裝置夾緊→前夾裝置后退，將料送至剩余管料下料架位置，前夾裝置松開→剩余管料進(jìn)入指定位置→完成整根管料的加工→進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。剩余管料處理流程如圖5所示。

圖5 剩余管料處理流程示意

3 自動(dòng)化控制

3.1 硬件原理及設(shè)計(jì)

雙吊夾送料全自動(dòng)切管機(jī)采用PLC+觸摸屏實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制，控制原理如圖6所示，操作人員通過觸摸屏發(fā)送指令給PLC，PLC控制繼電器、變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)器、送料電機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)液壓夾緊、鋼管切割、前后夾裝置送料等對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，并根據(jù)對(duì)應(yīng)感應(yīng)開關(guān)反饋回來的信息控制相應(yīng)的流程動(dòng)作，隨后通過PLC檢測和計(jì)算判斷下一步的動(dòng)作，完成整套設(shè)備自動(dòng)送料、切割、尾料處理和剩余管料處理的過程。

圖6 設(shè)備控制原理示意

3.2 系統(tǒng)I/O分配

設(shè)備硬件統(tǒng)一使用三菱品牌，采用三菱FX5U系列PLC控制，使用脈沖控制伺服電機(jī)。輸入/輸出I/O分配見表1。

3.3 軟件控制

各工序程序控制流程如圖7所示，軟件編程控制按照該流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體控制程序不再贅述。

4 結(jié) 語

目前，雙吊夾送料模式在托輥行業(yè)的鋼管全自動(dòng)切管機(jī)中已開始應(yīng)用，采用三菱PLC控制，雙伺服電機(jī)送料既能保證送料速度，也能保證送料精度，同時(shí)通過數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算和尾部檢測料長度的方式，即使加工原材料長度有偏差，也能保證存在尾料和剩余料時(shí)的正常處理；實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)平頭，平頭廢料長度控制在1 mm以內(nèi)；精確定長送料，切割后料長精度在0.5 mm以內(nèi)；自動(dòng)分配尾料和剩余料的功能，剩余料長偏差不超過1 mm；可應(yīng)用于Φ89～219 mm鋼管的切割加工。

表1 系統(tǒng)輸入/輸出I/O分配

圖7 各工序程序控制流程