導(dǎo) 語

  隨著激光技術(shù)的成熟和快速發(fā)展，其在多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域已開始普及應(yīng)用。而激光切割技術(shù)也已從板材切割發(fā)展到了金屬管材切割。專業(yè)激光切管機(jī)的誕生與應(yīng)用，極大的提高了金屬管材的加工效率。本文主要分析專業(yè)激光切管機(jī)的優(yōu)勢(shì)，以及目前市場(chǎng)上主流專業(yè)激光切管機(jī)的分類及特點(diǎn)，并展望專業(yè)激光切管機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。

  專業(yè)激光切管機(jī)的優(yōu)勢(shì)

  激光切管機(jī)的切割原理與平面激光切割機(jī)并沒有多少差異，作為一種專用激光切割機(jī)，激光切管機(jī)主要針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)金屬管材（圓管、矩形管、橢圓管等）、型材（槽鋼、角鋼等）和部分異形管材進(jìn)行激光切割，相較于傳統(tǒng)加工工藝，其優(yōu)勢(shì)在于以下幾個(gè)方面：(1)切割精度高，輪廓精度能達(dá)到±0.05mm。(2)切口平整，無毛刺，割縫細(xì)，材料損耗少。(3)非接觸加工，且激光切割的熱影響區(qū)很小，幾乎沒有變形。(4)切割效率高，可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。(5)柔性化好，采用專業(yè)的數(shù)控系統(tǒng)和套材編程軟件，可以隨時(shí)更改或更換產(chǎn)品。

  由此可見，專業(yè)激光切管機(jī)，可以替代機(jī)械鉆孔、銑削、鋸切、沖壓或清理毛口等需要不同金屬管材加工的設(shè)備和硬質(zhì)工具的加工工序，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜管結(jié)構(gòu)的下料切割、倒角、切槽或孔、刻痕以及其他可能的尺寸和形狀特征的加工等等，可廣泛應(yīng)用于鈑金加工、廚具、燈具、汽車、醫(yī)療器械、五金、健身器材等行業(yè)。

  專業(yè)激光切管機(jī)的分類及特點(diǎn)

  隨著我國金屬管材產(chǎn)量和消費(fèi)的迅速增長，激光切管機(jī)設(shè)備正在我國迅速普及，目前市場(chǎng)上激光切管機(jī)的種類繁多，按管材軸向進(jìn)給方式大致可分為兩類。

  定料切割型激光切管機(jī)

  這類激光切管機(jī)只加工定長的管材，多用于加工軸線不變、截面變化的管材表面的輪廓，管材兩端無法加工，雖然定料切割型激光切管機(jī)有很大的局限性且生產(chǎn)效率低，但因?yàn)樗膶Ｓ眯砸舱加兄恍〉氖袌?chǎng)份額。圖1所示為定料切割型激光切管機(jī)在燈桿和燈罩表面加工的裝飾圖案。

  圖1 定料切割型激光切管機(jī)加工的燈桿和燈罩

  工作原理

  如圖2所示，定料切割型激光切管機(jī)由兩個(gè)夾持卡盤固定管材，卡盤繞管材軸線同步做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，激光頭做管材軸向和徑向的進(jìn)給，進(jìn)行切割。

  圖2 工作原理圖

  送料切割型激光切管機(jī)

  此類激光切管機(jī)主要用于同軸線同截面管材的加工，不僅能夠在管材表面加工各種輪廓形狀，還能在機(jī)床設(shè)計(jì)行程內(nèi)，可根據(jù)管材零件設(shè)計(jì)長度進(jìn)行切斷，相較于定料切割型激光切管機(jī)，其靈活性和擴(kuò)展性強(qiáng)，切割效率也更高，目前占據(jù)了專業(yè)激光切管機(jī)市場(chǎng)的絕大部分份額。

  如圖3所示，送料切割型激光切管機(jī)可以用于批量加工方管和圓管等標(biāo)準(zhǔn)金屬管材的各種輪廓，并進(jìn)行割斷。

  圖3 送料切割型激光切管機(jī)加工的方管和圓管

  工作原理

  如圖4所示，由夾持卡盤夾持管材，支撐卡盤徑向固定管材，所有卡盤繞管材軸線同步做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，夾持卡盤固定管材做軸向進(jìn)給，激光頭做管材徑向的進(jìn)給，進(jìn)行切割。

  目前市場(chǎng)上送料切割型激光切管機(jī)以兩卡盤為主，雖然性價(jià)比高，但其缺陷也很明顯。

  圖4 工作原理圖

  (1)切割精度穩(wěn)定性差，對(duì)于零件過長或一些自身剛性差的管材，受重力變形加上卡盤旋轉(zhuǎn)離心力的作用，即使增加伺服托輥或仿形輪支撐，也很難保證切割精度的穩(wěn)定性。(2)尾料，即使激光頭能夠越過支撐卡盤切割，但卡盤夾持端仍然無法切割，造成管材浪費(fèi)。

  圖5 多卡盤型激光切管機(jī)結(jié)構(gòu)圖

  針對(duì)這些缺陷，部分設(shè)備制造商以兩卡盤送料切割型激光切管機(jī)為基礎(chǔ)，擴(kuò)展設(shè)計(jì)出多卡盤型激光切管機(jī)，如圖5所示。其中，(1)增加一組支撐卡盤，可以保證一定管長的管材幾乎不受重力變形和卡盤旋轉(zhuǎn)離心力的影響，能有效保證切割精度的穩(wěn)定性，并且在機(jī)床行程范圍內(nèi)，零件切割長度也不受限制。(2)增加一組夾持卡盤做接料，在送料夾持卡盤處于極限位置時(shí)，接料夾持卡盤夾持管材做軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，可以保證絕大部分管材零尾料切割。

  上述設(shè)計(jì)雖然可以完全解決兩卡盤送料切割型激光切管機(jī)的缺陷，但卡盤、伺服軸數(shù)以及數(shù)控系統(tǒng)等成本的增加，也解釋了目前多卡盤送料切割型激光切管機(jī)沒有成為主流發(fā)展趨勢(shì)的原因。

  專業(yè)激光切管機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 高精度、高效率

  未來管材需求量越來越大，加工要求也會(huì)越來越高，提高加工精度和生產(chǎn)效率是專業(yè)激光切管機(jī)快速發(fā)展的必要因素。

  模塊化

  用戶的需求隨著時(shí)間推移會(huì)不斷的變化，模塊化設(shè)計(jì)可以及時(shí)根據(jù)用戶的要求增加或更換相關(guān)功能部件，滿足用戶需求，能達(dá)到雙方利益最大化。

  自動(dòng)化

  目前已經(jīng)有很多用戶配備了自動(dòng)上、下料單元，自動(dòng)化的發(fā)展可以有效的解放勞動(dòng)力，緩解企業(yè)用工荒的問題。

  智能化

  隨著“工業(yè)4.0”理念的普及和5G技術(shù)的發(fā)展成熟，未來的激光切管機(jī)一定會(huì)實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化，即集信息采集、下單、進(jìn)料、上料、管材識(shí)別、測(cè)長、自動(dòng)調(diào)用程序切割、下料、碼垛及出貨為一體，最終實(shí)現(xiàn)智能化。

  崔凱

  作者簡介：工程師，主要從事專業(yè)激光割管機(jī)和機(jī)器人三維激光切割機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)工作，曾獲2015年度江蘇機(jī)械工業(yè)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和2015年度揚(yáng)州市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)，擁有3項(xiàng)發(fā)明專利。

  ——摘自《鈑金與制作》 2020年第9期