我國是世界上最大的金屬管材消耗國家。鋼管一般包括表面處理過的普通鋼管以及不銹鋼管。鋼管普遍被應(yīng)用于工程建筑鋼架結(jié)構(gòu)、家居建筑、門窗護(hù)欄等領(lǐng)域，在實(shí)際應(yīng)用中，管材切削以及沖孔的工作需求量非常龐大。本文介紹了激光切管機(jī)在管材加工行業(yè)如何成功替換了沖孔機(jī)，以及禾川Y7S伺服在激光切管機(jī)里面起到的關(guān)鍵性作用，為管材切割行業(yè)保駕護(hù)航。

　　文/浙江禾川科技股份有限公司

　　我國是世界上最大的金屬管材消耗國家。鋼管一般包括表面處理過的普通鋼管以及不銹鋼管。鋼管普遍被應(yīng)用于工程建筑鋼架結(jié)構(gòu)、家居建筑、門窗護(hù)欄等領(lǐng)域，在實(shí)際應(yīng)用中，管材切削以及沖孔的工作需求量非常龐大。

　　金屬管材在不同的行業(yè)應(yīng)用非常廣泛。一般的管材原來成形出廠往往是10米、甚至20米長度，下放到各行各業(yè)后，因應(yīng)用場景的不同，需要加工成不同形狀、不同尺寸的零件，以滿足不同行業(yè)的需要。金屬管材的切割和沖孔是管材加工中的一道重要工藝。

　　以往傳統(tǒng)的不銹鋼管切割沖孔基本多是采用沖孔機(jī)進(jìn)行切割以及沖孔，從手動(dòng)到半自動(dòng)，再發(fā)展到數(shù)控全自動(dòng)，沖孔技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了“天花板”，管切效率無法再提高。這時(shí)，激光切管技術(shù)開始進(jìn)入了管材行業(yè)，這種技術(shù)非常適用于各種金屬管材的切割，有著高自動(dòng)化、高效率、高產(chǎn)出的特點(diǎn)，對(duì)于不同形狀、不同尺寸的管材無需更換對(duì)應(yīng)的模具，甚至無須人工上料，方便快捷，非常適合大批量生產(chǎn)。

　　1 沖孔機(jī)機(jī)發(fā)展概述

　　沖孔機(jī)的發(fā)展可以追溯到最早期的人工手動(dòng)操作的階段，隨著科技的進(jìn)步，逐漸發(fā)展到機(jī)械半自動(dòng)和全自動(dòng)操作。

　　(1)手動(dòng)階段

　　早期的沖孔工藝主要采用手工沖壓和打孔技術(shù)，例如使用錘子和鑿子等工具對(duì)金屬材料進(jìn)行沖擊，形成孔洞和凹陷。這種手工沖孔工藝雖然原始簡單，但效率低下且不精確，需要大量的人力和時(shí)間。

　　(2)半自動(dòng)階段

　　隨著人類文明的進(jìn)步和科技的發(fā)展，在沖孔工藝中人們逐漸開始采用機(jī)械化生產(chǎn)方式。在19世紀(jì)末20世紀(jì)初，沖孔工藝開始使用機(jī)械沖床來進(jìn)行生產(chǎn)。機(jī)械沖床通過驅(qū)動(dòng)沖子和模具對(duì)材料進(jìn)行沖壓，實(shí)現(xiàn)高速、高效的沖孔操作，這種機(jī)械化沖孔工藝大大提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。

　　(3)全自動(dòng)階段

　　近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，沖孔工藝進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化。數(shù)控沖床可以通過程序控制沖床的移動(dòng)和沖孔操作，大大提高了生產(chǎn)自動(dòng)化水平和沖孔工藝的精度。這種數(shù)控沖孔工藝被廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)、電子行業(yè)和建筑裝修行業(yè)等領(lǐng)域。

　　伴隨著材料和工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，沖孔工藝持續(xù)創(chuàng)新和改進(jìn)。新材料的出現(xiàn)，如高強(qiáng)度鋼合金材料和復(fù)合材料等，對(duì)沖孔工藝提出了更高的要求。為了滿足這些應(yīng)用需求，新型的沖孔工藝和設(shè)備不斷涌現(xiàn)，從而產(chǎn)生了激光切管機(jī)這一設(shè)備類型。激光切管機(jī)利用激光束的高能量聚焦，對(duì)材料進(jìn)行切割，可以實(shí)現(xiàn)高速、精確和非接觸的沖孔操作，因而被廣泛應(yīng)用于電子、建筑和航空航天等領(lǐng)域(圖1)。

　　圖1 全自動(dòng)數(shù)控沖孔機(jī)

　　2 激光切管機(jī)替換沖孔機(jī)以及禾川伺服的應(yīng)用

　　(1)沖孔機(jī)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)

　　雖然全自動(dòng)數(shù)控沖孔機(jī)實(shí)現(xiàn)了沖孔工藝的自動(dòng)化生產(chǎn)，但是在實(shí)際應(yīng)用中還是存在著一些弊端需要改進(jìn)，具體問題如下：

　　①管材沖孔都是需要模具的，加工不同尺寸、形狀的管材需要開發(fā)不同的模具，耗時(shí)長、成本高;

　?、跊_壓會(huì)產(chǎn)生一定的產(chǎn)品變形，毛刺多，產(chǎn)品一致性及精度均不高;

　?、奂庸げ煌懿男枰C(jī)更換模具，生產(chǎn)效率低。

　　特別是當(dāng)加工的零件圖形比較復(fù)雜，需要同時(shí)進(jìn)行切斷、開孔、切斜角、切弧口的情況下，沖孔機(jī)就沒法輕松完成了，需要不斷地去更換模具，工序復(fù)雜，耗時(shí)長。而這些問題應(yīng)用一臺(tái)激光切管機(jī)就可以迎刃而解了，在操作系統(tǒng)里面只需要提前畫好所需圖形，設(shè)置好工藝參數(shù)就可以一次性輕松完成切斷、沖孔、切斜角切弧口等，減少加工工序，提高生產(chǎn)效率，從而降低生產(chǎn)成本。

　　(2)設(shè)備構(gòu)成

　　激光切管機(jī)里面最常見的是雙卡盤切管機(jī)(圖2)，其主要由幾個(gè)部分構(gòu)成：分別是前后兩個(gè)卡盤負(fù)責(zé)夾住管材進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)、Y軸移動(dòng)小車負(fù)責(zé)控制管材前后移動(dòng)、X軸負(fù)責(zé)帶動(dòng)激光切割頭橫向移動(dòng)、Z軸負(fù)責(zé)激光切割頭上下移動(dòng)。激光雙卡盤切管機(jī)可以實(shí)現(xiàn)全智能的自動(dòng)化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

　　圖2 激光雙卡盤切管機(jī)設(shè)備現(xiàn)場圖

　　(3)工藝流程

　　雙卡盤激光切管機(jī)的工藝流程如下，操作界面如圖3所示：

　?、僬{(diào)高器的標(biāo)定，正確識(shí)別切割頭的高度;

　　②在免畫圖系統(tǒng)里面構(gòu)建所用的管材尺寸兩件圖;

　?、圻M(jìn)行B軸中心標(biāo)定，確保前后兩個(gè)卡盤的同軸度;

　?、芨鶕?jù)所切割的管材材料以及厚度，設(shè)置相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)工藝參數(shù);

　?、葸x好切割零件圖，空泡程序檢查動(dòng)作是否正確(可省略);

　?、藁刂胁僮鳎缓髥?dòng)切割。

　　圖3 雙卡盤激光切管機(jī)操作界面圖

　　(4)電氣系統(tǒng)構(gòu)成

　　激光切管機(jī)是集數(shù)控技術(shù)、激光切割和精密機(jī)械于一體的高科技工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備。它具有專業(yè)、高速、高精度、高效率、高性價(jià)比、運(yùn)營低成本、加工效果好等特點(diǎn)。由于它具備如此多的優(yōu)點(diǎn)，所以得到了沖孔行業(yè)廣大客戶的一致認(rèn)可。這款激光切管機(jī)在軟硬件方面主要采用當(dāng)下比較暢銷的方凌系統(tǒng)，以及搭配禾川Y7S系列高性能伺服(圖4)。

　　圖4 激光切管機(jī)電柜實(shí)物圖

　　3 禾川伺服選型以及效果

　　在激光切管機(jī)方案上，采用禾川Y7S驅(qū)動(dòng)器作為驅(qū)動(dòng)層，執(zhí)行層采用了X2MG系列大扭力伺服電機(jī)，同時(shí)還采用17位穩(wěn)定可靠的編碼器對(duì)標(biāo)同行品牌23位編碼器系統(tǒng)，精度效果同樣能滿足要求，且具備更高的性價(jià)比(圖5)。

　　圖5 禾川伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　(1)禾川Y7S伺服伺服方案的優(yōu)勢

　　l 采用Y7S伺服+X2MG系列伺服電機(jī)方案，可以實(shí)現(xiàn)正負(fù)0.01mm內(nèi)的精度誤差;

　　l 調(diào)試好的參數(shù)可以整份復(fù)制到相同的機(jī)型上，并能正常、穩(wěn)定使用，保證了參數(shù)的一致性，減少了調(diào)試時(shí)間，操作方便快捷;

　　l 禾川Y7S伺服自帶獨(dú)立抱閘控制端子，為客戶節(jié)省了中間繼電器，既方便了接線又可節(jié)省成本;

　　l 采用的17位穩(wěn)定可靠的編碼器伺服電機(jī)，既能滿足速度以及精度要求，又能節(jié)省成本。

　　(2)切割產(chǎn)品效果展示

　　禾川伺服飛切產(chǎn)品效果圖如6所示：飛行切割直徑4mm圓形孔圓潤光滑，精度可達(dá)7個(gè)絲;飛行切割方形孔，四個(gè)角都是標(biāo)準(zhǔn)直角無過沖，尺寸精度在5個(gè)絲。

　　禾川伺服切割小圓孔效果圖如圖7所示：大家知道圓形直徑越小對(duì)伺服的響應(yīng)性越高，切割效果越難控制。禾川Y7S伺服具有3.5KHZ速度頻率響應(yīng)，響應(yīng)快控制精度高，飛行切割直徑2mm小圓孔同樣能保證精度誤差在7個(gè)絲左右。

　　圖6 禾川伺服飛切產(chǎn)品效果圖

　　圖7 禾川伺服切割小圓孔效果圖

　　(3)用戶評(píng)價(jià)以及市場分布

　　激光切管操作系統(tǒng)簡潔易懂，搭配禾川伺服穩(wěn)定、可靠，切割速度以及精度都很理想。用戶普遍反映使用后生產(chǎn)效率顯著提高，產(chǎn)品質(zhì)量得到保證，同時(shí)降低了能耗和維修成本。方菱系統(tǒng)操作靈活，簡單易學(xué)，搭配穩(wěn)定可靠的禾川伺服，在管材切割沖孔領(lǐng)域可以說是較具性價(jià)比優(yōu)勢的方案，因此，禾川這套方案一經(jīng)推廣，就受到了眾多客戶的青睞，目前粗略統(tǒng)計(jì)，這套方案大概占到國內(nèi)沖孔行業(yè)百分之三十以上的市場份額。未來，禾川將持續(xù)努力，為中國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)貢獻(xiàn)自己的力量!