中厚板坡口切割實例

文／ 北京斯達峰控制技術有限公司

北京米森科諾控制技術有限公司

坡口切割過程屬于是3D運動，一套好的坡口切割系統要具備幾大條件：⑴機械穩定的擬合角回轉頭；⑵基礎穩定，剛性好，橫平豎直的機床結構；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，要有好的誤差補償機制；⑹行之有效且簡單的編程方法。

SF-5610-PK六軸坡口切割數控系統（圖1）可用于普通平面切割和坡口切割，是由數控系統、高度控制器、測距激光、定位激光、數控等離子電源、回轉機構、坡口等離子割炬等組成（圖2）。下面是對于本套系統的工作特點介紹和使用經驗分享。

圖1 SF-5610-PK六軸坡口切割數控系統

圖2 系統組成

機械穩定的結構

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，導致工作中存在很大的隱患。回轉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范圍。需要注意的是，因為坡口向右是正角度（不會有負角度），所以線要盤在右邊。

圖3 坡口切割

圖4 回轉頭正確的繞線方法

在機床結構上對生產廠家的產品要求很高，主要是基礎要平穩，一般料架采用鋸齒形的，回轉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

料架經過長時間使用后，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，高度為實際精確距離（而非電壓），運行中智能弧壓識別記憶，省去弧壓設定的煩惱。測量精度不大于0.1毫米，采樣速率1k赫茲。系統自動通過網格化的測量高度，確保切割全過程的高度控制有效。

圖5 SF-HC25C3控制器

三點式激光測距儀

⑴激光測距儀的安裝。

激光測距儀（圖6）的下開口處距離鋼板應在400毫米左右。

圖6 SF-FLMD01點激光測距儀

⑵采用三點測量法。

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

⑶使用網格化測量對大面積鋼板進行高度標定。

輸入鋼板的長度、寬度、網點間隔，系統自動計算網點的分布，并測量各點的高度。周圍四個點構成兩個三角平面，加工時根據機床坐標自動算出各點高度。如圖7所示為一個旋轉鋼板的實例，圖中各點的數據是實測的高度，鋼板傾斜是由于沒有放平的原因所導致。

圖7 網格高度控制示意圖

系統定位裝置的作用

十字激光定位儀

在坡口加工中難免會碰上需要二次加工的問題。此時，零件的擺放位置，偏轉角度都會嚴重影響加工的質量。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

在實際使用中要用到兩次定位，包括左下角（原點）和右上角方能準確定位。例如，我們要在一個孔上切K形坡口，孔已經事先切好了。選擇右上角后，系統自動計算中心位置（十字光標到中心），返回參考點后系統就可直接加工。

擬合角回轉頭

擬合角回轉頭SF-HZ80（圖10）利用雙旋轉軸空間擬合角原理設計，自動高效精密切割和焊接板材管道坡口及復雜幾何形狀，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焊割設備配合或集成，配合自主研發的專用5～8軸聯動數控系統廣泛應用于工程機械、重工等制造業。

圖10 擬合角回轉頭SF-HZ80

拐角速度轉換角：如圖11所示，當程序段之間運行方向變化超過此角度時，系統拐角時降速到起動速度。一般系統比較重時，此值選小些。調正時可根據加工速度、機床振動情況確定，振動大則此值選小。

圖11 拐角速度轉換角和拐角圓弧過渡半徑圖示

拐角圓弧過渡半徑：在高速處理子線段加工時，如果機床有振動，可適當將此半徑加大，一般在4～8mm之間。

回退/前進速度：切割暫停后，回退或前進的速度，此操作一般是斷弧后回退到斷弧點，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，如果速度過快，會切得不圓，所以要進行限速。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會按小圓弧限速值運行。建議值為15mm/min。

良好的誤差補償算法

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

圖12 配合測試安裝定位針

我們提供了三種補償方法：

⑴回轉頭豎直偏心補償（圖13）。

圖13 回轉頭豎直偏心補償示意

⑵回轉頭坡口偏心補償（圖14）。

圖14 坡口角偏心補償方法

⑶回轉頭垂直度的補償。

⑷根據實切的效果，適當的修改補償參數，以到達最好的切割效果。

圖15為一個實際的K形坡口切割補償的圖形，黃實線是直切部分的軌跡，虛線分別是上坡口或下坡口的補償軌跡。注意，其中的補償角度是可以修改的，通過觀察切割的過程，修改補償方向角度，效果立竿見影。

圖15 實際補償的數控軌跡

簡單的編程方法

往往坡口切割的編程非常復雜，且套料軟件價格昂貴。而該系統提供了非常簡單的編程軟件，只需對普通平面套料軟件生成的程序，在系統中再編輯一下（該加坡口的線段加坡口，該直切的保留，不需要的可以刪掉）。系統自動完成多次加工，不需客戶編寫一條程序，學習和使用非常簡單明了。

另外，系統還提供了手工排料，自動排列編程方式。如圖16所示，其為一個將普通的外方內圓的平面加工程序，經過簡單編輯，先編寫內圓是K形坡口，四邊是直切，再通過自動排列生成共邊的4×4切割程序。

圖16 一個4X4外方內圓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格化高度測量，對一個大鋼板進行高度標定，再選擇好一個參考點，客戶就可以開始加工了。

圖17 5種坡口類型

結束語

SF-5610-PK六軸坡口切割數控系統采用高可靠設計，具有抗等離子干擾，防雷擊、浪涌的能力；具有割縫補償功能，并檢測程序中補償是否合理，作出相應報告，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，可廣泛的應用于金屬下料及廣告、鐵藝等。