樊 軍，劉 柳，王 銳，倪振興，賈明明，趙 洋

（江蘇亞威機床股份有限公司，江蘇 揚州 225000）

厚板側(cè)邊懸空切割主要用于板材邊緣的I 形坡口、V 形（帶鈍邊）坡口、X 形（帶鈍邊）坡口、單邊V形（帶鈍邊）坡口和K 形（帶鈍邊）坡口切割[1]。本文介紹了一種厚板側(cè)邊懸空切割的程序設計流程，使用隨控一體功能，實現(xiàn)板材尋邊定位、擺動切割頭定位、隨動切割等功能。

1 硬件介紹

本文使用一種激光切割機專用自帶防撞坡口切割擺動裝置，來實現(xiàn)激光光束的角度變化，從而實現(xiàn)斜面切割。坡口擺動裝置由A 旋轉(zhuǎn)軸、B 旋轉(zhuǎn)軸和磁吸防撞部分組成[2]。擺動切割頭如圖1 所示。

圖1 擺動切割頭示意圖

切割頭安裝在磁吸防撞過渡板上，磁吸裝置安裝在B 旋轉(zhuǎn)軸上，B 旋轉(zhuǎn)軸基座安裝于A 旋轉(zhuǎn)軸上，通過A/B 軸與激光切割機本身三軸插補聯(lián)動，實現(xiàn)切割頭傾斜擺動，從而切割出所需的坡口，坡口旋轉(zhuǎn)角度范圍不小于45°；磁吸防撞部分包括底板、防撞過渡板、多組圓柱磁鐵、球頭銷、圓柱銷、彈簧、位移傳感器，底板與防撞過渡板之前沒有硬連接，而是通過磁力作用吸附在一起。在裝配時，使用圓柱銷進行定位，然后安裝多組磁鐵與3 組球頭銷，再安裝好底板上方的彈簧保護裝置，彈簧上端與底板連接，下端與過渡板連接，防止發(fā)生撞擊后過渡板直接掉落。之后再安裝好位移傳感器，最后拔掉定位用的圓柱銷，此狀態(tài)下，一旦發(fā)生撞擊，過渡板和底板之間會迅速發(fā)生相對位移，從而將切割頭本體受到的沖擊力降至最小，同時傳感器會第一時間檢測出位移并發(fā)出報警信號，從而觸發(fā)停機，之后只需通過圓柱銷定位，重新調(diào)整過過渡板位置即可，可以實現(xiàn)快速恢復[3]。安裝示意圖如圖2 所示。

圖2 擺動裝置安裝示意圖

2 程序設計介紹

本文以K 型坡口為案列，介紹一種凌空切割程序設計。K 型坡口如圖3 所示。

圖3 K 型坡口示意圖

切割K 型坡口存在兩種方式：第1 種方式為Z軸隨動切割方式，第2 種方式為懸空切割方式。采用第一種方式切割，實際切割板厚更厚，需要功率更高的激光發(fā)生器，同時浪費了兩次切割的公共區(qū)域板材[4]。第2 種方式為直接對側(cè)邊進行懸空切割，需要使用z 軸、Y 軸已經(jīng)X 軸分別隨動，當切割下表面或者上表面時，分別使用Y 軸或者X 隨動。動作流程圖如圖4 所示。

圖4 K 型坡口懸空切割流程圖

2.1 尋邊定位程序設計

該懸空切割針對大幅面厚板加工開發(fā)，由于板材重量大起吊放置在激光加工工作臺上，無法進行精準的擺放。為了保證高精度加工及減少切割頭碰撞風險，必須需要進行厚板的測量及定位。采用四點快速粗尋校正板材的長寬高，獲取板材的基本信息與加工程序中的信息比較，比較通過后繼續(xù)進行下一步動作。然后采用多點精確尋邊，結(jié)合補償算法，獲取側(cè)面及表面加工所需的點位信息，以便擺頭在板材表面及側(cè)面進行精準定位。實際應用場景中，板材四個側(cè)邊都有進行懸空切割的可能，需要使用四個單獨的控制程序分別進行四邊的校正及邊緣點位信息獲取，尋邊流程與上述距離類似。尋邊功能示意圖如圖5 所示。

圖5 尋邊功能示意圖

2.2 擺動裝置定位程序設計

尋邊完成后，需要將切割頭旋轉(zhuǎn)定位到切割位置。切割K 型坡口，需要切割兩刀，第一刀為下表面，第二刀為上表面。第一刀需要切割頭下探到板材側(cè)面，為防止切割頭碰撞到板材，在開啟擺動裝置旋轉(zhuǎn)前，增加偏置，水平移動切割頭，然后開啟切割頭RTCP 功能，旋轉(zhuǎn)擺動裝置，使切割頭旋轉(zhuǎn)至切割設定角度。根據(jù)精尋邊采集Z 軸坐標，Z 軸下降，使切割頭下探到設定切割距離。第二刀切割板材上表面，由于切割頭在板材上方，無碰撞風險，此處可不加偏置。首先定位到板材上表面，定位到設定切割距離，開啟RTCP 功能，旋轉(zhuǎn)擺動裝置，定位完成，擺動裝置運動示意圖如圖6 所示。

圖6 擺動裝置運動示意圖

2.3 切割程序設計

擺動裝置運動完成后，需要將切割頭隨動到板材表面，分為兩種情況。第一種切割側(cè)表面，首先需要切換隨動軸，在切割側(cè)面時需要設定Y 軸或者X軸為隨動軸。

以Y 軸為隨動軸為例：首先需要開隨動，隨動功能可以實時調(diào)整割嘴與板材之間的距離，當切割頭移動至側(cè)面，開啟探針功能向沿著X-向外快速移出側(cè)面（步驟1），探針功能可以實時檢測記錄側(cè)面邊緣位置，當觸發(fā)探針功能后，快速關(guān)閉隨動防止切割頭碰撞；然后開啟激光后切割頭反向運動，沿著X+方向進行側(cè)邊切割（步驟2-3-4），此時當切割頭感應到板材時需要再次快速開啟隨動，以隨動方式完成整個板材側(cè)面的切割；最后，在切割至板材邊緣快結(jié)束的位置時（步驟5），需要關(guān)閉隨動，防止切割頭感應不到板材導致碰撞損壞。動作流程如圖7 所示。

圖7 側(cè)面切割示意圖

2.4 切割完成后程序設計

切割完成后由于擺動裝置不處于水平垂直狀態(tài)，需要將擺動裝置角度歸零。分為兩種情況，在切割側(cè)表面時，切割頭存在與板材碰撞風險，首先將切割頭往切割方向繼續(xù)運動，然后將Z 軸運動到初始位置，然后將擺動裝置運動到初始狀態(tài)。第二種當切割上表面時，切割頭本身已經(jīng)在板材上方，無碰撞風險，所以直接將Z 軸運動到初始位置，然后再將擺動裝置運動到初始位置。

3 方案論證

設計完成后，還需要經(jīng)過實際測試來驗證測試方案是否切實可行。使用500mm×300mm，厚度50mm 碳鋼板。設置切割距離15mm，再機床進行實際切割測試，切割效果如圖8 所示。

圖8 厚板側(cè)邊懸空切割實際效果

4 結(jié)語

在鈑金加工領域，智能化、無人化設備正在飛速發(fā)展。本文設計了一種激光懸空切割的控制程序，并且在實際測試中取得了較好的效果。在客戶終端實際應用過程中表明，該控制程序能夠長期穩(wěn)定運行，可有效降低客戶用人成本、生產(chǎn)成本，有效提高生產(chǎn)效率。