自動調高裝置在數(shù)控切割機上的應用

李 靖 孫 超

（1.山東豐匯設備技術有限公司，濟南 250200；2.采埃孚商用車系統(tǒng)（青島）有限公司濟南分公司，濟南 250100）

1 研究背景

在實際生產中，鋼板焊接前，需要在厚度方向上按一定角度切割斜口，即打坡口，以保證接口完全焊透，避免出現(xiàn)工藝缺陷。特別是工字形、箱形梁等腹板焊接時，需要打坡口，以保證焊接質量。傳統(tǒng)的打坡口方法是在腹板切割之后用小跑車進行打坡口，該方法不但不能保證坡口的質量，而且切割工作效率低，甚至會造成二次切割變形。然而，采用數(shù)控切割機在腹板切割時直接打坡口，不但可以提高工作效率，而且避免了二次切割變形[1-2]。

等離子弧自動切割小車在運行中，往往會由于板材凹凸不平或板材與軌道不在同一個水平面上，而造成噴嘴與板材間距發(fā)生變化，噴嘴忽高忽低，無法人為隨時調節(jié)割炬的高度與位置，從而造成坡口缺肉、高低不平等缺陷[3-4]，見圖1。這種情況不但會影響切割質量，而且不利于保證坡口的質量，從而影響下一道工序的進行，嚴重時還會燒壞噴嘴。為了解決遇到的實際問題，設計了切割機割炬自動調高裝置，使用此裝置可以在切割鋼板時直接切出坡口，同時能夠自動調節(jié)割炬高度和位置，以確保坡口質量，提高工作效率。

圖1 坡口缺陷

為了提高切割質量，減輕操作者的勞動強度，經(jīng)過對現(xiàn)場缺陷的認真分析，利用數(shù)控切割機，使坡口下料與板材下料工序一次完成。采用這種方式在切割板材的過程中，割炬能夠根據(jù)板材的起伏狀況，自動改變割炬的位置，從而保證割炬噴嘴與板材之間的距離保持不變值，進而保證坡口下料的質量[5]。

2 方案選擇對比

2.1 采用一套機械裝置實現(xiàn)機械調高

這種方案的工作原理為：通過使裝置與割炬連接，當板材有起伏變化時，裝置能夠自動帶動割炬上下運動，從而調整割炬高度。該方案的特點為：第一，裝置調高原理簡單，制作方便，成本低，容易實現(xiàn)，方便操作；第二，機械調高可控性強，且方便維修，操作安全。

2.2 添加傳感器實現(xiàn)電氣反饋調高

這種方案的工作原理為：通過使用傳感器隨時檢測板材表面的起伏變化，然后將變化量反饋給切割機主機，通過程序調節(jié)割炬的高度。該方案的特點為：第一，調高過程繁瑣；第二，傳感器價格昂貴，成本增加；第三，需要分析切割機主機程序，添加反饋環(huán)節(jié)，工作量增加；第四，電氣調高故障點增加，不方便檢修。

2.3 添加液壓油缸實現(xiàn)液壓反饋調高

這種方案的工作原理為：在割炬上添加一液壓油缸，并使油缸一端與板材表面接觸，當板材表面存在起伏不平時，油缸能夠自動帶動割炬上下運動，從而調節(jié)割炬高度。該方案的特點為：第一，調高原理復雜；第二，液壓油缸價格貴，成本增加；第三，需要多種液壓零部件，如液壓泵、液壓閥等，且價格昂貴；第四，現(xiàn)場環(huán)境復雜，且液壓油會使工作設備存在安全隱患。。

通過對割炬自動調高的不同方案進行可行性分析發(fā)現(xiàn)，機械裝置調高的方案具有操作原理簡單，裝置制作簡單，制作成本低，而且機械調高可控性強等優(yōu)勢，因此確定該方案為實施方案。

3 方案具體實施

3.1 調高裝置研制的原理

割炬高度調節(jié)裝置固定在數(shù)控切割機上，當數(shù)控切割機行走時，割炬高度調節(jié)裝置能夠帶動割炬同時行走；當板材表面有起伏時，割炬高度調節(jié)裝置的起落桿會上下起伏，并帶動割炬上下運動，自動調節(jié)割炬噴嘴與板材之間的距離，使二者之間的距離保持不變，從而實現(xiàn)坡口下料的連續(xù)性。

3.2 割炬自動調高裝置的結構組成

根據(jù)割炬自動機械調高原理，構思裝置結構特點，裝置設計的關鍵點在于：第一，裝置具有可拆卸性；第二，裝置與割炬具有連接性；第三，要保證裝置上下運動的垂直度要求及靈活性要求；第四，割炬的高度變化量要與板材起伏變化量一致。

經(jīng)過上述分析，設計了如圖2 所示的自動調高裝置，該裝置由支撐板、導向輪、升降調節(jié)桿、萬向輪、支撐橫梁等結構組成，以上結構由一個固定夾具固定在割炬橫架上，其中：支撐結構均由圓鋼和角鋼制成；萬向輪用黃銅制成；導向輪與升降調節(jié)桿之間能自由滾動，間隙為0.2～0.3 mm。該裝置不僅能夠實現(xiàn)小寬度板材坡口下料的需求，而且通過采用對稱布置的形式還可實現(xiàn)大寬度的板材坡口下料的需求，如圖3所示。

圖2 自動調高裝置

圖3 寬板下料時調高裝置使用

4 使用效果檢查

分別采用小跑車打坡口和數(shù)控切割機打坡口的方式對厚度為30 mm、尺寸為1 000 mm×500 mm 的板材進行坡口下料實驗，實際切割情況分別如圖4 和圖5 所示。打坡口過程中，數(shù)控切割機與小跑車的行走速度均設定為388 m?h-1，對比兩種坡口下料方法的工時圖，見表1，兩種坡口下料質量效果，見圖6。

圖4 小跑車打坡口

圖5 數(shù)控切割機打坡口

由圖6 和表1 可以看出，數(shù)控切割機打坡口能夠比小跑車打坡口節(jié)省一道工序，其板材下料與打坡口準備能夠同時完成，節(jié)省了打坡口準備時間；而且因板材兩側均需要打坡口，數(shù)控切割機能夠一次完成兩側坡口，而小跑車需要兩次才能完成，工時能夠減少一半。由圖6 可以看出，增加割炬高度調節(jié)裝置后，數(shù)控切割機打的坡口質量得到了明顯提升，缺肉等現(xiàn)象消失。切割機打坡口的總工時比小跑車打坡口的總工時縮短了48.2%，坡口下料時間大大縮短，有效提高了生產效率以及坡口的下料質量。

圖6 兩種方式坡口質量對比

表1 兩種坡口下料方式對比表

5 結語

針對車間生產一線坡口下料存在的質量和效率問題，提出整改措施，通過設計割炬高度調節(jié)裝置，大大改善了傳統(tǒng)坡口下料過程中存在的問題，從而提升了工作效率，提高了工作質量。