船舶建造的板材切割方法與效率研究

黃楚明 梁健幫

摘 ? ?要：本文介紹了船舶行業(yè)中常用的一筆劃數(shù)控切割與坡口數(shù)控切割兩種板材切割方法。根據(jù)兩種切割方法的優(yōu)缺點分析，提出了通過合理選用鋼板切割類型來提高板材切割效率的方法。另外，介紹了切割指令文檔控制方法，可用于實時跟蹤發(fā)放到工區(qū)的切割代碼，提高板材切割的精確性和可控性。

關(guān)鍵詞：板材切割效率;一筆劃數(shù)控切割;坡口數(shù)控切割;文檔控制方法

中圖分類號：U664.22?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： This paper introduces two kinds of plate cutting methods， one- stroke NC cutting and bevel NC cutting， which are commonly used in shipbuilding industry. Based on the analysis of the advantages and disadvantages of the two cutting methods， the method of improving the cutting efficiency of sheet metal by selecting the appropriate cutting type is proposed. In addition， the control method of cutting instruction document is introduced， which can be used to track the cutting code distributed to the working area in real time to improve the accuracy and controllability of plate cutting.

Key words： Plate cutting efficiency; One-stroke NC cutting; Bevel NC cutting; Control method of document

1 ? ?前言

板材切割下料是船舶建造的前期工序，提高板材切割效率和精確性可以顯著提高船舶建造效率、減少人力物力成本，同時為后續(xù)工序打下良好基礎(chǔ)。目前船廠大都采用數(shù)控切割進(jìn)行板材切割下料，最常用的兩種數(shù)控切割方法是一筆劃數(shù)控切割和坡口數(shù)控切割。

本文通過分析兩種不同的切割方法的優(yōu)缺點，結(jié)合我司多個項目的板材切割經(jīng)驗，總結(jié)不同板材切割下料的最優(yōu)選擇，合理配置板材切割方案，提高板材下料的切割效率和質(zhì)量，形成一套高效的板材切割下料工藝。

船舶在建造過程中需要使用大量的鋼材，鋼材成本占船價15%左右。因此，根據(jù)結(jié)構(gòu)圖紙設(shè)計的材料形狀將鋼板切割成各個零件的板材切割下料工作十分重要，鋼板切割的效率和精確性決定了船舶在后續(xù)建造裝配過程中的效益。

2 ? ?一筆劃數(shù)控切割方法

2.1 ? 概述

一筆劃數(shù)控切割是將套料板上的各個零件看作一個結(jié)點、過渡線看成為連接結(jié)點的弧的一種新型數(shù)學(xué)思維模式，應(yīng)用于生產(chǎn)就是將套料板上多個零件連結(jié)起來一起進(jìn)行切割。一筆劃數(shù)控切割可以減少切割機點火次數(shù)及空程，提高切割效率，減少切割機刀頭損耗，從而達(dá)到降本增效。這種方法主要應(yīng)用在200A等離子數(shù)控切割機和400A等離子數(shù)控切割機，可以將NC文件、DXF文件以及船舶建模軟件AVEVA Marine自動生成的GEN文件轉(zhuǎn)化成一筆劃NC文件。一筆劃切割代碼是通過軟件AUTOCAD2002的船體零件數(shù)控切割優(yōu)化系統(tǒng)完成轉(zhuǎn)換的，如圖1所示。

2.2 ? 一筆劃代碼轉(zhuǎn)換

將需要轉(zhuǎn)換的原代碼放在一個文件夾內(nèi)，點擊數(shù)控切割優(yōu)化系統(tǒng)的文件按鈕選擇該文件夾，在文件類型中選擇原代碼的類型（GEN文件、NC文件或DXF文件），選中需要轉(zhuǎn)換的原代碼后點擊確定;然后點擊數(shù)控切割優(yōu)化系統(tǒng)的確認(rèn)按鈕，即可查看原代碼的零件情況;最后點擊優(yōu)化按鈕，系統(tǒng)將自動把原代碼轉(zhuǎn)化為一筆劃數(shù)控切割代碼并存放在自動生成的NC_OS文件夾內(nèi);再次點擊確認(rèn)按鈕，可在畫圖界面自動繪制出兩個切割圖案供指令校對。圖2中黃色圖形為原切割指令切割路徑，藍(lán)色圖形為通過一筆劃優(yōu)化后的切割路徑，藍(lán)色圖形優(yōu)化路徑完全覆蓋黃色圖型。為優(yōu)化正確，其中使用的原代碼為DXF格式的文件時，只能包含兩個圖層，切割層為0圖層，劃線層為MARK圖層，零件圖形須封閉且不能為面域，最后清理圖面后另存為一個AutoCAD2000版本的DXF文件。

3 ? ?坡口數(shù)控切割法

3.1 ? 概述

板材坡口切割是數(shù)控切割的一項高端技術(shù)，要求在板材切割過程中切割高度、進(jìn)給速度、拐角過渡都要隨坡口角度變化而適時調(diào)整，以實現(xiàn)正切的切割尺寸和坡口角度。坡口數(shù)控切割能在切割零件的同時自動開設(shè)一定角度范圍內(nèi)的坡口，避免了手工開設(shè)坡口導(dǎo)致的坡口角度不精準(zhǔn)、不美觀、坡口開漏、開錯等問題，同時減少了坡口零件的開設(shè)、打磨和扎堆集配工序，極大程度地提高板材切割效率和精確性。坡口數(shù)控切割主要使用了400 A等離子數(shù)控切割機，切割最佳厚度范圍是9～30 mm，坡口角度范圍為-35°～ 40°[1]。通過軟件Magic NC 2.5實現(xiàn)指令轉(zhuǎn)換，如圖3所示。

3.2 ?坡口代碼轉(zhuǎn)換

在Magic NC 2.5的軟件界面選擇原代碼所在文件夾，設(shè)置坡口代碼存儲路徑，在原代碼文件夾中雙擊選中需要轉(zhuǎn)換的原代碼進(jìn)入坡口代碼轉(zhuǎn)換界面;點擊坡口調(diào)整（E）按鈕，根據(jù)分段板材套料圖調(diào)整坡口，由于400A等離子數(shù)控切割機可開設(shè)的坡口為角度范圍是-35°～40°的V型坡口，不支持此角度范圍外的包括Y型、K型等特殊類型的坡口，因此除了角度范圍內(nèi)的V型坡口外，其他坡口均調(diào)整為0 o;點擊板厚調(diào)整（T）按鈕調(diào)整指令存儲的板厚參數(shù)，由于40A等離子數(shù)控切割機對原代碼板厚由一定的識別范圍，部分板厚參數(shù)在識別范圍之外的原代碼指令需要調(diào)整;點擊順序調(diào)整按鈕（G）調(diào)整零件切割順序，合理的切割順序可以節(jié)省切割時間、減少切割熱變形、提高板材切割效率和切割質(zhì)量;點擊查看順序（F）按鈕以及進(jìn)入線移動（H）按鈕調(diào)整引弧點，根據(jù)切割機順時針切割零件的規(guī)律合理布置起割點，可減少切割空程和切割熱變形;完成以上調(diào)整后點擊保存，將在原代碼放置的文件夾中生成MNC文件，返回主界面選中剛剛生成的MNC文件，點擊PLASMA按鈕將MNC文件最終轉(zhuǎn)換成坡口切割代碼。

3.3 ? 注意事項

坡口代碼轉(zhuǎn)換時，需注意以下事項：

（1）由于400A等離子數(shù)控切割機識別不了板厚為14.5～15.5 mm的板材代碼，因此此板厚范圍內(nèi)的原代碼需要將其板厚參數(shù)調(diào)整為16 mm;

（2）兩個反向坡口相鄰時，需要將零件間隙調(diào)整為20mm，避免刀頭開設(shè)坡口時割傷相鄰零件;

（3）由于搭接在坡口邊上的過橋也隨之添加上了同樣的坡口屬性，因此坡口邊不允許添加過橋，孔邊也應(yīng)盡量避免搭接過橋;

（4）由于不銹鋼板手工開設(shè)坡口難度大，因此所有含坡口零件的不銹鋼板均需采用數(shù)控切割，超過坡口角度范圍時，通過坡口調(diào)整按鈕將坡口代碼的坡口角度修改成范圍值，剩下的角度現(xiàn)場處理。

4 ? ?鋼板切割類型選擇規(guī)則

一筆劃切割能做到板材切割時先噴粉、切割內(nèi)孔后將零件外輪廓一筆切割成形，節(jié)約切割時間和耗材。然而仍然需手工開設(shè)打磨坡口，增加人工成本和工時，同時降低了準(zhǔn)確性;數(shù)控坡口切割則能在切割零件的同時自動開設(shè)坡口，但是切割速度慢，對長扁條零件的影響較大，而且切割過程中需要多次點火對割頭磨損較大，指令轉(zhuǎn)換也相對復(fù)雜。根據(jù)上述情況，我們可以根據(jù)板材零件切割長度和零件坡口長度與數(shù)量選擇一種配置規(guī)則，使得板材切割效率最大化。

此配置規(guī)則的核心在于盡量發(fā)揮數(shù)控坡口切割方法在切割質(zhì)量上的優(yōu)勢，同時綜合考慮一筆畫數(shù)控切割在切割速度上的明顯優(yōu)勢。根據(jù)我司多個項目的板材切割經(jīng)驗，可以得出以下最優(yōu)選擇規(guī)則：

（1）根據(jù)材質(zhì)判斷：由于一筆畫數(shù)控切割方法需要后期為坡口零件手工開設(shè)坡口，手工開坡口使用的是火焰切割方法，火焰切割的原理就是讓被切割的材料在高溫下高速氧化掉，而不銹鋼（316L）材質(zhì)的抗氧化能力強，不適用一筆畫數(shù)控切割、后續(xù)手工開坡口的方法。因此，不銹鋼（316L）套有坡口零件的板材需選用坡口數(shù)控切割方法，超過切割機可開設(shè)的坡口角度范圍的，按最大角度開，后期手工補開剩余角度;

（2）根據(jù)板厚判斷：由于我司的400A等離子數(shù)控切割機切割薄板和切割厚板的成本較高，且切割質(zhì)量不佳，根據(jù)多次試驗表明，400A等離子數(shù)控切割機適用的板材厚度區(qū)間為9～30 mm，因此區(qū)間外的板厚，選用一筆畫數(shù)控切割方法;

（3）根據(jù)切割長度：由于坡口數(shù)控切割的走刀速度比一筆畫數(shù)控切割的走刀速度慢很多，因此切割長度越大，一筆畫數(shù)控切割的優(yōu)越性就越明顯。根據(jù)統(tǒng)計資料當(dāng)切割長度在300 m以上時，選用一筆畫數(shù)控切割的成本將低于坡口數(shù)控切割。因此，切割長度在300m以上時，優(yōu)先選用一筆畫數(shù)控切割方法;

（4）根據(jù)坡口情況，當(dāng)坡口角度在坡口數(shù)控切割機可開設(shè)的范圍內(nèi)的坡口數(shù)量超過3個或長度超過1m時，采用一筆畫數(shù)控切割將影響后期手工開設(shè)坡口的質(zhì)量，同時增加了成本。因此，選用坡口數(shù)控切割方法更加經(jīng)濟。

上述板材切割選用規(guī)則充分發(fā)揮了一筆劃數(shù)控切割和坡口數(shù)控切割兩種不同切割方法的優(yōu)點，大大提高了板材切割效率和零件的坡口質(zhì)量。以我司在建的1750TEU集裝箱船項目為例，在選用此切割規(guī)則之后，平均每個分段的切割時間僅為2.6天，其中僅需要一名裝配工就能完成所有板材的手工開設(shè)坡口的工作，大大減少了人力物力成本，為項目建造的后序工程打下了堅實基礎(chǔ)。

5 ? ?切割指令文檔控制

通過制定切割代碼發(fā)放追蹤表并實時更新數(shù)據(jù)，能實時追蹤發(fā)放到工區(qū)的切割代碼，提高板材切割的精確性和可追溯性。切割代碼發(fā)放追蹤表需要登記的信息包括：各分段的設(shè)計人員、一筆畫和坡口切割代碼的數(shù)量、轉(zhuǎn)換人、校對人、下發(fā)時間以及指令替換等。分段指令轉(zhuǎn)換完成后，需將原代碼文件和轉(zhuǎn)換后的代碼文件放到項目服務(wù)器指定位置供校對人校對，完成校對后通過項目郵箱發(fā)送到工區(qū)，并登記到項目切割代碼發(fā)放追蹤表上。隨著項目設(shè)計進(jìn)度推進(jìn)，有些分段需要新增加或修改替換切割指令的，需要重新轉(zhuǎn)換指令。增加修改次數(shù)和修改時間等信息后，上傳至項目服務(wù)器重新校對及郵件下發(fā)，同時在項目切割代碼發(fā)放追蹤表中備注新增或替換的指令內(nèi)容、時間及替換原因等內(nèi)容，以供后期追蹤查閱。

6 ? ?結(jié)束語

隨著現(xiàn)代化造船模式的發(fā)展，提高板材的切割效率和質(zhì)量顯得尤為重要。本文對船舶建造業(yè)常用的兩種板材切割方法進(jìn)行了研究，詳細(xì)地介紹了兩種切割方法的基本情況，并從中總結(jié)出兩種切割方法的優(yōu)缺點，針對不同的套料板材制定合理的切割方法，在實際應(yīng)用中取得良好的效果。另外，本文還介紹了切割指令的文檔控制方法，提高了板材切割的精確性和可追溯性。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫躍，李翔，李新群，柳勝.工程機械制造中的板材高效切割技術(shù)[J].? ? ? 建筑機械，2014（2）.