全數字化下料工藝研究與應用

沈海平，陳 陽

(三一重工股份有限公司，湖南 長沙 410100)

全數字化下料工藝研究與應用

沈海平，陳 陽

(三一重工股份有限公司，湖南 長沙 410100)

傳統下料方式切割效率低、質量不穩定、人為因素大、造成嚴重浪費。全數字化下料具有自動上下料、自動清渣、自動噴碼和分揀物料、自動監控、自動校槍、自動換刀鉆孔攻絲、五軸聯動、立體切割等各項功能，可有效提高生產效率，改善切割質量。集下料、開坡口、鉆孔攻絲于一體，最大限度減少了各種浪費，提高了下料效率，是衡量下料工藝裝備水平的重要標志，對實現精益化生產方式具有重大意義。

全數字化；下料；工藝研究

0 前言

隨著制造業的不斷發展，工業用鋼量不斷增大，2010年我國的鋼材消耗量已接近6億t[1]。下料作為生產的第一環節，其切割效率及切割質量的好壞關系到后續生產環節的加工及產品的精細化水平。在傳統的下料方式中，一方面下料任務量大，下料設備產能不足而設備開機利用率不高；另一方面，人為影響因素多，切割質量和切割設備工作狀況難以得到保障。數字化下料可充分利用計算機和網絡系統來實現自動上料、自動切割、自動清理，通過有效提高下料各環節效率進而提高整體切割效率。其擁有的自動監控與管理功能可對設備運行狀態、易損件和物料等實現實時監控，從而及時反饋設備故障和易損件消耗情況，減少了設備的故障停機率、易損件成本及報廢零件量，提高作業的安全性。隨著工業的不斷發展，提高下料設備的自動化程度和安全可靠程度，采用先進的數字化下料生產方式將是未來下料的發展方向。

1 傳統下料方式

圖1為傳統的下料流程。由圖1中可知，傳統下料方式自動化程度低，手工勞動占據主導地位，各種安全隱患及人為不良因素充斥切割現場，各環節之間的協調性差，效率低下，切割質量難以保證。

2 全數字化下料主要組成

2.1 DNC網絡傳輸及控制系統

DNC網絡傳輸及控制系統是數字化下料的一大亮點，它承擔著程序下發、設備監控與管理的任務，是實現各功能模塊通信的紐帶，也是實現數字化下料的基礎。DNC網絡可實現在主控制電腦上編程，網絡傳輸至各機臺并開始切割，從而取代傳統切割中工人利用U盤拷貝程序至切割機這種效率低、安全性差的方法。主控制電腦通過DNC網絡對各切割系統，包括自動吊運系統、自動切割機、自動分揀系統進行全程管理，能夠合理、快速、高效地調配、優化各種資源，具有非常高的協調性和可靠性，大幅提升各模塊的利用率。安裝于切割系統中的各種傳感器可實時檢測整個系統，尤其是對關鍵零部件以及其他關系下料質量、安全性部件的檢測，以便及時、準確、快速發現設備的各種故障因素，提醒維修人員進行相關維護或自動校正，避免設備的過度使用和進一步損壞，從而使整個系統處于最佳的工作狀態，確保下料質量和下料效率。MicroStep Group公司的自動校槍系統可以在90 s內完成以前需要4 h的工作。圖2為數字化下料的iMSCN控制系統。

圖1 傳統下料生產方式

圖2 數字化下料的iMSCN控制系統

2.2 零件數據庫

在全數字化下料系統中包含零件數據庫，每一種零件在該數據庫中都有關于下料的各種工藝參數，包括切割電流、切割速度、引入／引出參數等，這些參數均是實踐中檢測確認的最佳工藝參數。在編程時，可直接從零件庫里調取相關零件，而切割該零件的各種參數都會隨著零件的調取而自動生成，大量節省了編程時設置參數所耗費的時間，并保證了下料質量。在傳統切割中，切割電流和切割速度并沒有考慮到下料零件的自身尺寸因素，一旦設定，在切割中就不能更改，這樣就會造成零件拐角處被燒傷、圓形零件圓度不夠等缺陷。而在數字化下料中，零件數據庫還能實現自動變更切割參數的功能，數據庫包含各種半徑、拐角的切割參數，在切割拐角時，自動降低切割電流，防止過燒；在切割圓邊時，根據圓形半徑自動降低切割速度，防止由于割槍慣性造成的表面損傷。

2.3 易損件自動監控系統

下料中的易損件主要指電極、噴嘴、火口、反射鏡等，尤其是等離子切割中的噴嘴和電極消耗量很大。在傳統的切割中，易損件的更換主要靠操作人員的經驗，存在較大的誤差。易損件使用時間不足，則存在較大的浪費；易損件使用過度，則會損害切割質量及設備。易損件報警系統對易損件的穿孔次數、切割時間作出統計，并依據該易損件的使用壽命對操作人員作出提示，使易損件充分而不過度使用，有效的節省了成本并保證了下料質量。圖3為PURIS公司對等離子易損件監控實例。

圖3 PURIS公司易損件監控實例

2.4 自動上料切割分揀系統

圖4為全數字化下料系統示意圖。在全數字化下料中，鋼板經自動預處理后，上料系統將其自動吊運至切割機臺，切割機自動噴碼校槍后進行自動切割。自動上料系統中的激光精確定位功能可有效減少切割邊圍余量，提高材料利用率。切割完后，自動分揀系統第一時間將零件及廢料一起吊運至分揀區，有效減少了切割機的等待時間，提高設備利用率。與傳統切割的明顯區別在于數字化下料大幅減少了人力消耗，以及生產過程中的浪費。

2.5 自動報表生成

全數字化下料控制系統發出的下料任務完成后，切割機會自動反饋工作完成情況，主機得到自動生成班次切割報表，如圖5所示，操作人員可依此隨時掌握下料任務完成情況，便于考核，集中管理。

圖4 自動上料切割分揀系統示意

2.6 全自動坡口切割及鉆孔攻絲系統

全數字化下料系統可配置五軸聯動旋轉頭，如圖6所示，可根據板材的形狀實時精確地調整切割方向及位置，能夠實現V型、Y型、K型坡口的切割，切割角度為±50°，切割精度小于等于1°，適應能力強。

圖5 班次切割報表

在全數字化下料中，切割機還能配備數字化鉆孔攻絲設備，如圖7所示。切割前先進行鉆孔和攻絲，從而減少轉運工序及鉆孔攻絲設備，該鉆孔攻絲設備配備刀庫，可實現全自動換刀，可加工孔徑為3～24 mm，攻絲孔徑為3～20 mm，最大轉速可達1500 r／min。

3 全數字化下料方式

全數字化下料生產線規劃如圖8所示，主控制器發出切割指令后，工藝行車通過激光定位系統自動將鋼板吊運至切割機臺，切割機自動噴碼后進行自動切割，切割完后工藝行車自動將零件及廢料一起吊運至分揀區，分揀機分揀工件并交檢合格后即可轉入下道工序。

圖6 坡口切割示意及坡口形貌照片

圖7 鉆孔攻絲設備及工件照片

圖8 全數字化下料生產方式

4 全數字化下料與傳統下料比較

全數字化下料與傳統下料相比具有明顯優勢，在國外已開始研發及應用，并取得了一系列顯著成果。表1為MicroStep Group公司數字化下料和傳統下料方式的對比分析結果。

5 結論

數字化下料生產方式在提高產品質量、下料效率、設備利用率、材料利用率等方面跟傳統下料方式相比具有明顯的優勢，是衡量工藝裝備水平、制造能力的重要標志，將是未來的發展趨勢。不斷完善數字化下料設備，提高自動化水平，降低成本，是當前下料科技工作者所面臨的重任。

[1]李 浩.低碳經濟下的高效切割技術[J].金屬加工，2010(4)：26-27.

The research and application of full digitized cutting technology

SHEN Hai-ping，CHEN Yang
(Sany Heavy Industry Co.，Ltd.，Changsha 410100，China)

The traditional cutting has several disadvantages，such as inefficiency，unstable quality，human factors and serious waste.Due to the functions of automatically feeding，cleaning，inkjet,sorting，monitoring，torch-adjusting，tapping and space cutting full digitized cutting technology shows perfect performance in waste reducing，efficiency enhancing and cutting quality improving，and combines with cutting，groove processing and tapping together.The extent of digitization which is of great significant to lean production will be one of the most important marks of technology equipment level.

full digitization；cutting；technical research

TG409

A

1001-2303(2011)12-0016-05

2011-06-21

沈海平(1964—)，男，湖南長沙人，工程師，主要從事機加工、下料工藝方面的研究工作。

表1 MicroStep Group公司數字化下料與傳統下料對比分析結果