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技術(shù)干貨 | 加速智能化浪潮,用編程實現(xiàn)坡口轉(zhuǎn)角“一刀流”

發(fā)布時間:2022-04-28 | 關(guān)注:2200 |

在船舶、石油管道、工程機械等大型生產(chǎn)制造過程中,為保證焊接質(zhì)量與強度,厚鋼板結(jié)構(gòu)件焊前,坡口加工是一道必不可少的工序,目前市面上機械、火焰或電弧等多種方式加工坡口的過程均被稱為“開坡口”。開坡口的目的是為保證電弧能深入到焊縫根部使其焊接更加充分,并獲得良好的焊縫成型與清渣便利,對于合金鋼來說,坡口還能起到調(diào)節(jié)母材金屬和填充金屬比例的作用。



根據(jù)材料厚度和焊接質(zhì)量需求,市面上主要的坡口形式有V型坡口、Y型坡口、X型坡口、K型坡口,如圖1所示。V坡口和Y坡口是單面焊接,切割和后期焊接過程都較為便利,缺點是焊后容易變形。當焊件厚度增大時,一般采用X坡口或K坡口,同樣厚度下可減少焊縫金屬量約1/2,對稱施焊,焊后變形小,缺點是焊接過程中要翻轉(zhuǎn)焊件,在筒形焊件的內(nèi)部施焊,需耗費一定的時間、人力成本。



傳統(tǒng)開坡口的方式很多:剪邊、刨邊、車削、火焰切割、等離子切割等,前三種是通過剪板機、刨床、車床等設備進行機械加工;手工火焰切割,在坡口軌跡復雜情況下,非??简灩と说氖炀毘潭群凸ぷ鳡顟B(tài),對于批量焊件的一致性并不能很好滿足;等離子切割由于割縫很寬,會導致尺寸精度低,并且切割過程中產(chǎn)生弧光輻射、煙塵及噪聲等公害。



相比以上傳統(tǒng)開坡口方式,激光是目前在市場運用中熱變形最小,切口質(zhì)量最佳,尺寸精度最高并且穩(wěn)定性最好的一種新型加工方式。目前,國內(nèi)外已經(jīng)普遍采用激光切割機完成20mm甚至更厚鋼板的坡口加工,可一次成形V、X、Y等形狀的坡口,將傳統(tǒng)切割、銑削等多道工序流程一次完成,不僅可以大大提高效率、保證質(zhì)量、節(jié)約資源,并且切割零件質(zhì)量、尺寸精度較高,Y、K等形態(tài)坡口留根均勻一致,具有較高的表面質(zhì)量,如圖2所示。




激光坡口切割的原理即是在平面激光切割的基礎上添加旋轉(zhuǎn)軸,搭配可以控制五軸聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng),實現(xiàn)坡口轉(zhuǎn)角切割。目前市場上直線或曲線的坡口切割技術(shù)已趨于成熟,但坡口轉(zhuǎn)角過渡一直是激光坡口切割設備面臨的難題。根據(jù)轉(zhuǎn)角位置不同,可以分為外輪廓轉(zhuǎn)角和內(nèi)輪廓轉(zhuǎn)角,兩者的處理方式也有所不同。



外輪廓坡口轉(zhuǎn)角切割


外輪廓坡口轉(zhuǎn)角過渡,一般可以分成兩種情況。


當轉(zhuǎn)角是鈍角或是超過一定角度(這個角度在編程軟件里可設置)的時候,切割頭可以直接通過旋轉(zhuǎn)達到相鄰線段所需角度。如圖4所示,對于135 °的外輪廓,當我們在軟件里面設置好轉(zhuǎn)角回路閾值,在出程序時,就可以決定我們是直接成型,還是重新打孔加引線兩次成型。


例如圖5所示:切135 °角的鈍角三角形,我們可以選擇轉(zhuǎn)角的切割方式,實現(xiàn)一次成型,這樣節(jié)省了打孔、切割頭回正和偏轉(zhuǎn)的時間;同時也可以選擇添加引線,重新打孔、偏轉(zhuǎn)切割坡口,對于轉(zhuǎn)角質(zhì)量要求高的零件可以采取這種切割方式。



當外輪廓轉(zhuǎn)角是銳角或是小于一定角度(這個角度在編程軟件里可設置)的時候,過渡角度太小導致切割頭沒有辦法直接旋轉(zhuǎn)到位,這個時候需要通過添加引線,相鄰線段重新打孔的方式完成切割。


如圖6所示,正方形的4條邊都切割坡口,每條邊都是單獨打孔然后偏轉(zhuǎn)切割頭。通過修改軟件中引線參數(shù),我們可以決定轉(zhuǎn)角過渡時引入線和引出線的長度。這種切割方式的好處是轉(zhuǎn)角處切割質(zhì)量好,相鄰邊切割相互獨立,不會出現(xiàn)轉(zhuǎn)角燒融的現(xiàn)象。從切割樣件圖片可以看到,25mm鐵板四周坡口轉(zhuǎn)角處的切割質(zhì)量良好,沒有出現(xiàn)轉(zhuǎn)角過燒現(xiàn)象。




內(nèi)輪廓90°轉(zhuǎn)角切割




對于內(nèi)輪廓90°轉(zhuǎn)角坡口,由于在零件內(nèi)部,添加引入線和引出線會破壞工件,所以需要切割頭在轉(zhuǎn)角處能直接快速旋轉(zhuǎn)到指定角度。使用常規(guī)坡口編程軟件編程時,當內(nèi)輪廓是正方形,四條邊切30°正V坡口,通過程序模擬可以看到,程序從內(nèi)輪廓一邊中間引入,然后旋轉(zhuǎn)切割一周,一次成型。




但實際切割時可以發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)角處切割頭旋轉(zhuǎn)速度很慢,不能立刻旋轉(zhuǎn)到相鄰邊所需的角度,導致切割頭一邊切割一邊旋轉(zhuǎn),最終形成了漸變坡口的成型狀態(tài),無法滿足加工需求。實際上,內(nèi)輪廓90°轉(zhuǎn)角坡口切割一直是行業(yè)難題,因為常規(guī)軟件不能準確計算出切割頭轉(zhuǎn)角運動時的G代碼,所以內(nèi)輪廓轉(zhuǎn)角切割也一直沒有得到很好解決。



針對以上問題,華工激光軟件開發(fā)人員改進軟件算法,突破切割頭路徑規(guī)劃和G代碼生成兩大難點,在內(nèi)輪廓轉(zhuǎn)角處生成新的程序,滿足內(nèi)輪廓坡口拐角切割一刀成型的需求。在編寫內(nèi)輪廓90°轉(zhuǎn)角程序時,將引入線放在內(nèi)輪廓一邊中點處,模擬NC路徑如圖8所示。


在實際切割過程中,內(nèi)輪廓的轉(zhuǎn)角處切割頭可以快速轉(zhuǎn)到相鄰邊所需角度,切割過程中,保證每個邊的坡口角度一致,并且轉(zhuǎn)角處成型良好。圖9為10mm鐵板內(nèi)輪廓轉(zhuǎn)角切換狀態(tài),將引入線放到內(nèi)輪廓轉(zhuǎn)角處,可以看到內(nèi)輪廓4邊坡口角度一樣且切割面質(zhì)量更好,無引線痕跡。



目前,根據(jù)板材厚度和坡口角度,華工激光套料軟件可精確計算出激光頭轉(zhuǎn)角運動軌跡,完美解決內(nèi)外輪廓轉(zhuǎn)角一刀成型的問題。在整個操作過程中效率快、精度高、品質(zhì)優(yōu)良,滿足坡口切割市場的必要需求,也為今后其他激光坡口編程軟件提供啟發(fā)性的開發(fā)方向。


“十三五”以來,我國鐵路建設、公路建設、水利水電建設等多項重大工程的迅速推進,工程機械市場需求量逐年穩(wěn)增,不斷推動智能制造生產(chǎn)轉(zhuǎn)型進程。在坡口切割領(lǐng)域內(nèi),坡口轉(zhuǎn)角“一刀流”可一次性實現(xiàn)智能化加工,優(yōu)化生產(chǎn)流程,有效提高切割效率和工件品質(zhì),未來在激光切割一次成型技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域里必然發(fā)揮著極其重要的作用。







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