自動調高裝置在數控切割機上的應用

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（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，經過對現場缺陷的認真分析，利用數控切割機，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，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，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)裝置固定在數控切割機上，當數控切割機行走時，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 數控切割機打坡口

由圖6 和表1 可以看出，數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，數控切割機打的坡口質量得到了明顯提升，缺肉等現象消失。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。