文／ 北京斯達(dá)峰控制技術(shù)有限公司

北京米森科諾控制技術(shù)有限公司

坡口切割過(guò)程屬于是3D運(yùn)動(dòng)，一套好的坡口切割系統(tǒng)要具備幾大條件：⑴機(jī)械穩(wěn)定的擬合角回轉(zhuǎn)頭；⑵基礎(chǔ)穩(wěn)定，剛性好，橫平豎直的機(jī)床結(jié)構(gòu)；⑶良好的高度控制策略；⑷坡口加工中難免需要二次加工，對(duì)二次加工工件要有好的定位方式；⑸各種誤差難免存在，要有好的誤差補(bǔ)償機(jī)制；⑹行之有效且簡(jiǎn)單的編程方法。

SF-5610-PK六軸坡口切割數(shù)控系統(tǒng)（圖1）可用于普通平面切割和坡口切割，是由數(shù)控系統(tǒng)、高度控制器、測(cè)距激光、定位激光、數(shù)控等離子電源、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、坡口等離子割炬等組成（圖2）。下面是對(duì)于本套系統(tǒng)的工作特點(diǎn)介紹和使用經(jīng)驗(yàn)分享。

圖1 SF-5610-PK六軸坡口切割數(shù)控系統(tǒng)

圖2 系統(tǒng)組成

機(jī)械穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)

如圖3所示，坡口切割不論是等離子還是火焰，槍的功率都比較大，槍線都比較粗，導(dǎo)致工作中存在很大的隱患?；剞D(zhuǎn)頭的正常安裝方法如圖4所示，正確的繞線可以提供割槍最大的活動(dòng)范圍。需要注意的是，因?yàn)槠驴谙蛴沂钦嵌龋ú粫?huì)有負(fù)角度），所以線要盤(pán)在右邊。

圖3 坡口切割

圖4 回轉(zhuǎn)頭正確的繞線方法

在機(jī)床結(jié)構(gòu)上對(duì)生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品要求很高，主要是基礎(chǔ)要平穩(wěn)，一般料架采用鋸齒形的，回轉(zhuǎn)頭的安裝一定要有水平尺，保證橫平豎直。

良好的高度控制策略

料架經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用后，其鋼板不可能保持平直。因此，我們的高度控制策略主要包括以下方面。

弧壓高度控制器

SF-HC25C3（圖5）具有直切、坡口切兩種工作模式，適用于直切，全正斜坡口，上Y形坡口。具有雙初始定位高度和雙切割高度控制，高度為實(shí)際精確距離（而非電壓），運(yùn)行中智能弧壓識(shí)別記憶，省去弧壓設(shè)定的煩惱。測(cè)量精度不大于0.1毫米，采樣速率1k赫茲。系統(tǒng)自動(dòng)通過(guò)網(wǎng)格化的測(cè)量高度，確保切割全過(guò)程的高度控制有效。

圖5 SF-HC25C3控制器

三點(diǎn)式激光測(cè)距儀

⑴激光測(cè)距儀的安裝。

激光測(cè)距儀（圖6）的下開(kāi)口處距離鋼板應(yīng)在400毫米左右。

圖6 SF-FLMD01點(diǎn)激光測(cè)距儀

⑵采用三點(diǎn)測(cè)量法。

三點(diǎn)測(cè)量法適用于小面積的鋼板，對(duì)于各種切割方法，特別是K形坡口有效。在平整的鋼板上，選擇一個(gè)特殊點(diǎn)（一般取參考點(diǎn)）為起點(diǎn)，用三個(gè)點(diǎn)分布在鋼板上形成平面方程，在此范圍內(nèi)可計(jì)算出任意點(diǎn)Z的高度，精度在1毫米以內(nèi)。

⑶使用網(wǎng)格化測(cè)量對(duì)大面積鋼板進(jìn)行高度標(biāo)定。

輸入鋼板的長(zhǎng)度、寬度、網(wǎng)點(diǎn)間隔，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算網(wǎng)點(diǎn)的分布，并測(cè)量各點(diǎn)的高度。周圍四個(gè)點(diǎn)構(gòu)成兩個(gè)三角平面，加工時(shí)根據(jù)機(jī)床坐標(biāo)自動(dòng)算出各點(diǎn)高度。如圖7所示為一個(gè)旋轉(zhuǎn)鋼板的實(shí)例，圖中各點(diǎn)的數(shù)據(jù)是實(shí)測(cè)的高度，鋼板傾斜是由于沒(méi)有放平的原因所導(dǎo)致。

圖7 網(wǎng)格高度控制示意圖

系統(tǒng)定位裝置的作用

十字激光定位儀

在坡口加工中難免會(huì)碰上需要二次加工的問(wèn)題。此時(shí)，零件的擺放位置，偏轉(zhuǎn)角度都會(huì)嚴(yán)重影響加工的質(zhì)量。增加十字激光定位儀（圖8），就是為了更好地處理二次加工問(wèn)題，使用方法如圖9所示。

圖8 十字激光定位儀

圖9 十字激光定位儀的使用方法

在實(shí)際使用中要用到兩次定位，包括左下角（原點(diǎn)）和右上角方能準(zhǔn)確定位。例如，我們要在一個(gè)孔上切K形坡口，孔已經(jīng)事先切好了。選擇右上角后，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算中心位置（十字光標(biāo)到中心），返回參考點(diǎn)后系統(tǒng)就可直接加工。

擬合角回轉(zhuǎn)頭

擬合角回轉(zhuǎn)頭SF-HZ80（圖10）利用雙旋轉(zhuǎn)軸空間擬合角原理設(shè)計(jì)，自動(dòng)高效精密切割和焊接板材管道坡口及復(fù)雜幾何形狀，包括切割V形、Y形、正坡口和反坡口，可方便與任何橫梁式自動(dòng)焊割設(shè)備配合或集成，配合自主研發(fā)的專用5～8軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、重工等制造業(yè)。

圖10 擬合角回轉(zhuǎn)頭SF-HZ80

拐角速度轉(zhuǎn)換角：如圖11所示，當(dāng)程序段之間運(yùn)行方向變化超過(guò)此角度時(shí)，系統(tǒng)拐角時(shí)降速到起動(dòng)速度。一般系統(tǒng)比較重時(shí)，此值選小些。調(diào)正時(shí)可根據(jù)加工速度、機(jī)床振動(dòng)情況確定，振動(dòng)大則此值選小。

圖11 拐角速度轉(zhuǎn)換角和拐角圓弧過(guò)渡半徑圖示

拐角圓弧過(guò)渡半徑：在高速處理子線段加工時(shí)，如果機(jī)床有振動(dòng)，可適當(dāng)將此半徑加大，一般在4～8mm之間。

回退/前進(jìn)速度：切割暫停后，回退或前進(jìn)的速度，此操作一般是斷弧后回退到斷弧點(diǎn)，所以速度不能太快。建議值為500mm/min。

小圓弧限速：在切割小圓弧時(shí)，如果速度過(guò)快，會(huì)切得不圓，所以要進(jìn)行限速。建議值為500mm/min。

小圓弧限速半徑：切割零件的半徑小于此值時(shí)會(huì)按小圓弧限速值運(yùn)行。建議值為15mm/min。

良好的誤差補(bǔ)償算法

再好的回轉(zhuǎn)頭都可能有誤差，將嚴(yán)重影響加工精度。誤差的調(diào)整非常困難，這也常常是廠家最終選擇棄用的原因。為此我們特別設(shè)計(jì)了一個(gè)小裝置——定位針，安裝在等離子槍中，如圖12所示。

圖12 配合測(cè)試安裝定位針

我們提供了三種補(bǔ)償方法：

⑴回轉(zhuǎn)頭豎直偏心補(bǔ)償（圖13）。

圖13 回轉(zhuǎn)頭豎直偏心補(bǔ)償示意

⑵回轉(zhuǎn)頭坡口偏心補(bǔ)償（圖14）。

圖14 坡口角偏心補(bǔ)償方法

⑶回轉(zhuǎn)頭垂直度的補(bǔ)償。

⑷根據(jù)實(shí)切的效果，適當(dāng)?shù)男薷难a(bǔ)償參數(shù)，以到達(dá)最好的切割效果。

圖15為一個(gè)實(shí)際的K形坡口切割補(bǔ)償?shù)膱D形，黃實(shí)線是直切部分的軌跡，虛線分別是上坡口或下坡口的補(bǔ)償軌跡。注意，其中的補(bǔ)償角度是可以修改的，通過(guò)觀察切割的過(guò)程，修改補(bǔ)償方向角度，效果立竿見(jiàn)影。

圖15 實(shí)際補(bǔ)償?shù)臄?shù)控軌跡

簡(jiǎn)單的編程方法

往往坡口切割的編程非常復(fù)雜，且套料軟件價(jià)格昂貴。而該系統(tǒng)提供了非常簡(jiǎn)單的編程軟件，只需對(duì)普通平面套料軟件生成的程序，在系統(tǒng)中再編輯一下（該加坡口的線段加坡口，該直切的保留，不需要的可以刪掉）。系統(tǒng)自動(dòng)完成多次加工，不需客戶編寫(xiě)一條程序，學(xué)習(xí)和使用非常簡(jiǎn)單明了。

另外，系統(tǒng)還提供了手工排料，自動(dòng)排列編程方式。如圖16所示，其為一個(gè)將普通的外方內(nèi)圓的平面加工程序，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單編輯，先編寫(xiě)內(nèi)圓是K形坡口，四邊是直切，再通過(guò)自動(dòng)排列生成共邊的4×4切割程序。

圖16 一個(gè)4X4外方內(nèi)圓K形坡口共邊的例子

可以切割5種坡口類型（圖17），首先在軟件中選擇網(wǎng)格化高度測(cè)量，對(duì)一個(gè)大鋼板進(jìn)行高度標(biāo)定，再選擇好一個(gè)參考點(diǎn)，客戶就可以開(kāi)始加工了。

圖17 5種坡口類型

結(jié)束語(yǔ)

SF-5610-PK六軸坡口切割數(shù)控系統(tǒng)采用高可靠設(shè)計(jì)，具有抗等離子干擾，防雷擊、浪涌的能力；具有割縫補(bǔ)償功能，并檢測(cè)程序中補(bǔ)償是否合理，作出相應(yīng)報(bào)告，供用戶選擇；與各種套料軟件完全兼容，如：STARCAM、IBE、FASTCAM等；采用了特殊的小線段處理功能，行走流暢，可廣泛的應(yīng)用于金屬下料及廣告、鐵藝等。