文/范大鵬·武漢華工激光工程有限責(zé)任公司

背景及意義

⑵現(xiàn)階段國內(nèi)立體車庫（圖1）、工程機(jī)械（圖2）、水處理等行業(yè)是H 型鋼、C 型鋼等大型型材的應(yīng)用領(lǐng)域，該行業(yè)客戶現(xiàn)有加工方式基本為傳統(tǒng)加工方式（鋸、鉆、銑削、攻絲等），現(xiàn)場轉(zhuǎn)運(yùn)材料非常困難，用工數(shù)量較多，工人工資成本較高。眾多企業(yè)迫切需求全新的加工方式，以減少用工成本。

圖1 H 型鋼在立體車庫上的應(yīng)用

圖2 管材型材在工程機(jī)械上的應(yīng)用

管材激光切割技術(shù)的優(yōu)勢

隨著激光切割技術(shù)的成熟，激光切割機(jī)廣泛地應(yīng)用在航空、工程機(jī)械、汽車制造等領(lǐng)域。但管材切割在加工過程中仍存在一些難點(diǎn)，傳統(tǒng)的切割方式雖然在一定范圍內(nèi)能達(dá)到要求，但是加工效率低、加工質(zhì)量比較差。因此，管材激光切割機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，在管材激光切割領(lǐng)域顯示出廣闊的發(fā)展前景。

管材激光切割機(jī)在目前的市場中具有熱影響區(qū)域比較小，切割光潔無任何影響等優(yōu)勢。切割效率相較傳統(tǒng)加工方式可以提高8 ～20 倍，加工費(fèi)用大幅減少，對環(huán)境的影響程度也相對比較小。

激光切割是非接觸式切割方式，在未來市場中可以說是非常有前景的。在加工過程中，對管材管壁不會(huì)產(chǎn)生壓力，不會(huì)造成塌陷和變形。同時(shí)，激光切割管材時(shí)對管材縫隙的處理更好。

另外在重型管材和型材受材料規(guī)格較大、重量較重及長度較長等影響，在工廠加工時(shí)需要多工位轉(zhuǎn)換以加工不同工序，需要使用天車或大型搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，大大延長了加工周期，同時(shí)極大地浪費(fèi)了車間使用面積。

四卡盤重型管材激光加工中心

在市場不斷前進(jìn)的推動(dòng)和國外品牌高利潤的壟斷下，發(fā)展大型三維激光型材加工中心迫在眉睫、刻不容緩。

華工激光作為一家有擔(dān)當(dāng)?shù)拇笮推髽I(yè)，多年前已開始大力研發(fā)適用于大型管材和型材加工的激光設(shè)備。當(dāng)前，華工激光已研制出不同規(guī)格的重型管材激光加工中心，以我司剛推出的TP12041F 四卡盤（側(cè)掛）重載激光切管機(jī)（圖3）為例，產(chǎn)品成熟可靠，在機(jī)床整體布局、動(dòng)態(tài)特性、加工精度以及加工工藝等方面已經(jīng)遠(yuǎn)超國外先進(jìn)同類產(chǎn)品，專精特新，行業(yè)領(lǐng)先，對標(biāo)國際知名品牌，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)替代（圖4）。

圖3 TP12041F 激光切管機(jī)

圖4 TP12041F 激光切管機(jī)優(yōu)勢

DONE IN ONE 設(shè)計(jì)理念

所謂DONE IN ONE（圖5），就是通過1 臺(tái)機(jī)床完成從材料到成品所有加工的生產(chǎn)理念。華工法利萊的TP12041F 改變了從生產(chǎn)現(xiàn)場到經(jīng)營管理的生產(chǎn)概念。通過削減包括刀具調(diào)整等準(zhǔn)備作業(yè)工序?qū)崿F(xiàn)加工周期的大幅度削減、加工的高精度化、夾具費(fèi)用或設(shè)備費(fèi)用的削減，同時(shí)具有減少機(jī)床占地面積，節(jié)省能源等多種效果。更快的加工速度，更大口徑的加工能力，能夠應(yīng)對大口徑管材加工的TP12041F 機(jī)型不僅僅降低運(yùn)行成本，還通過基于人機(jī)工程學(xué)和環(huán)保理念的機(jī)械設(shè)計(jì)，大大地提高了機(jī)床的操作性。

圖5 DONE IN ONE 的設(shè)計(jì)理念

關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

⑴機(jī)床整機(jī)結(jié)構(gòu)布局與優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)。

結(jié)構(gòu)布局適應(yīng)用戶需求，并根據(jù)激光復(fù)合加工工藝的發(fā)展目標(biāo)，開展整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、動(dòng)靜剛度有限元分析和計(jì)算，使機(jī)床具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

⑵高精功能部件及其裝配技術(shù)。

采用高精度超長行程驅(qū)動(dòng)技術(shù)，使卡盤沿X軸傳動(dòng)精度高、剛性好、運(yùn)行速度快。

⑶可靠性與精度保持性。

開發(fā)出一套完整、系統(tǒng)的可靠性和精度保持性分析方法。

⑷空間誤差補(bǔ)償技術(shù)。

開發(fā)三維型材激光加工中心整機(jī)空間運(yùn)動(dòng)誤差分析軟件，分析影響機(jī)床加工精度的主要誤差影響因素并加以控制，研發(fā)出機(jī)床空間加工誤差補(bǔ)償技術(shù)并在機(jī)床加工中得到運(yùn)用。此外，在設(shè)計(jì)上加上了調(diào)整點(diǎn)位功能。

⑸機(jī)床整機(jī)精度設(shè)計(jì)技術(shù)。

圍繞機(jī)床加工精度提升目標(biāo)，以機(jī)床各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件結(jié)合面公差為設(shè)計(jì)參數(shù)，建立整機(jī)精度分析及公差優(yōu)化分配系統(tǒng)，從設(shè)計(jì)源頭為機(jī)床實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)行提供保障。

結(jié)束語

華工激光四卡盤重載激光切割裝備是擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型重型管材激光加工中心，該產(chǎn)品針對鋼構(gòu)加工、橋梁船舶、工程機(jī)械、電力鐵塔、裝配建筑、隧道交通等行業(yè)對超長超重金屬管材及型材的激光切割下料需求設(shè)計(jì)，見圖6 ～圖8。新機(jī)型單根管材重量≤1.2t，直徑≤406mm，長度≤12m，主要包含全自動(dòng)伺服上料架、高精度超長模塊化床身、鑄鐵主機(jī)、高功率激光切割頭（含坡口）、高精度自定心回轉(zhuǎn)卡盤（四卡盤）、全自動(dòng)伺服下料架、安全防護(hù)裝置等，整機(jī)符合人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)，配合先進(jìn)的32 軸數(shù)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)超長超重管材及型材的激光全自動(dòng)加工生產(chǎn)。

圖6 管材加工

圖7 方管加工

圖8 型材加工