3D数字化等离子坡口切割

3D数字化等离子坡口切割

文章摘要：

2010年第15届北京·埃森焊接与切割展览会，FastCAM 公司将展示划时代的全新3D数字式等离子坡口切割系统。该系统全部由数字式坡口切割头、数字伺服、马达、六轴联动数控系统、数字式激光调高、数字式一体等离子切割平台组成，实现了V/Y/K型坡口的连续变坡口切割，使焊接坡口准备在数控切割中一次切割成形，这一全新数控切割（先进制造）技术将全面颠覆和改变传统的切割焊接生产方式，实现中国制造业切割焊接基础产业的升级换代。

100年前，一位令人尊敬的瑞士发明家和实业家、ESAB公司的创始人奥斯卡.卡尔

伯格（Oscar Kjellberg）发明了等离子切割，开启了热切割与焊接时代。100年来，钢材

切割一直是先垂直切割，然后对切割下来的零件进行坡口加工，称为坡口焊接准备，然

后再焊接。其中焊接准备通常是采用手工打磨、小车或刨边机进行坡口加工，劳动强度

大，生产效率低，成本高，污染严重，费时费力。人们一直梦想着在钢材切割的同时，

一次完成坡口焊接准备。100 年后的今天，由FastCAM公司开发的全新3D数字式等离

子坡口切割系统实现了人类的百年梦想。

坡口切割的技术难题：

在过去10年里，全球主要数控切割机厂家在坡口切割机的开发上进行了大量的投入和尝试，开发了多种不同结构和款式的坡口切割机，而且在我国一些企业，特别是船舶制造企业，已经购买和使用了不同类型的坡口切割机，但是，坡口切割应用的情况并不理想，许多坡口切割机都只是作为垂直切割使用，目前坡口切割机在应用中的主要问题如下：

1.坡口切割头多采用回转运动方式，存在电缆线的缠绕问题，因此，不能做到连续切割；

2.坡口切割时，在零件拐角处都要切割鼠耳（LOOP），不仅影响钢材套料利用率，而且降低切割下来；

3.坡口切割大多只能切割简单的V型坡口，不能切割更为常见的K型和Y型坡口；

4.坡口切割只能切割零件的外角坡口，不能切割内角坡口；

5.缺乏完整的坡口切割参数数据库，尽管坡口形状切割对了，但切割尺寸不是大就是小；

6.坡口切割机价格昂贵，阻碍了坡口切割机的普及和发展。

以船舶制造企业为例，通常使用TRIBON软件进行船体设计和切割前的编程套料。零件本身带有坡口信息，在套料时零件间距设为10mm，在编程时无法增加鼠耳，也就无法产生坡口切割程序。若要增加鼠耳(20mm)，零件间距就要设到50mm，钢材利用率就太低了，这就是坡口切割机无法应用的主要障碍之一。

回转头的加工运动精度和坡口软件的编程技术是另外两个关键障碍，特别是针对Ｙ型和Ｋ型坡口的切割，尽管能切割出坡口的形状，但是零件尺寸特别是根高和坡口角度不是大就是小，无法达到精度要求。

重点突破的技术难题与核心技术：

具有里程碑意义的3D数字式等离子坡口切割系统，采用先进

的数字化数控技术和独特的坡口头设计，全面系统地解决了坡口切

割机面临的上述各种技术难题，主要技术突破如下：

1.数字式坡口切割系统采用连杆动臂装置，坡口头不旋转，因此

没有电缆线缠绕问题，避免和解决了坡口回转头的电缆缠绕问题。

2.数字式坡口切割头采用双向偏摆运动方式，最大偏摆角58度，在零件拐角坡口切割时，可连续变坡口切割，不用切割鼠耳(loops)，因此，在零件套料时不用预留鼠耳(loops)间隙，有效提高钢材套料利用率。

典型应用：对于船舶制造企业，今后使用这套系统就可以直接接受

TRIBON提供的套料图，不用预留鼠耳间隙，就能生成坡口切割路径，实现

坡口零件的连续切割。

3.坡口编程软件的技术突破，实现了对Ｖ、Ｙ、和Ｋ型坡口切割工艺的编

程，适用于不带坡口直切零件套料和带坡口零件坡口切割套料，以及二者的

混合套料。

4. 解决了内角坡口的切割。由于采用了实时五轴联动数控技术，在零件外

拐角和内拐角的坡口切割中实现连续变坡口切割，彻底解决了不能切割零件

内角坡口的世界性难题。

5. FastCAM坡口编程套料软件提供了完整的坡口切割参数和数据库，包括不同坡口角度的割缝补偿、角度补偿、速度调整等。

6. 由于采用全新数字式集成化的伺服驱动系统和结构简洁坚固的坡口连杆结构，使数字式坡口切割系统成本大幅降低，为数控坡口切割机的产业化发展和在中国制造业中的产业化应用奠定了基础。

其他数控技术的突破

1.集成化数字式伺服驱动系统、数字马达、数字式电缆和网线，一套伺服驱动三组马达，提高系统的集成度，降低了安装和调试成本。

2. 数字式数控系统支持6轴运动控制，包括龙门式切割机的X,Y,Y三轴，坡口运动的A,C,Z三轴，支持Ｖ型Ｙ型和Ｋ型坡口的连续切割。

3. 数字式激光调高。在坡口切割头上集成Z轴调高(不需要THC调高)，采用数字式预处理激光调高技术(Class II标准)，保证运动和切割精度0.03mm。

产业化发展前景

数字式坡口切割系统将彻底改变现行的垂直切割、焊接准备到焊

接的生产方式，由零件坡口的数控切割一次成型，替代传统的垂直切

割加坡口打磨的焊接准备，从而有效提高钢材切割效率，缩短生产周

期，提高钢材利用率。

现行焊接准备属于劳动密集，高污染、传统落后的生产方式，而

3D数字化坡口切割属于绿色环保的先进制造切割生产方式。

3D数字化坡口切割系统的国产化和成本的大幅降低，必将促进中

国切割行业数控坡口切割机的产业化，从而促进中国制造业，特别是以钢材为主要原材料的建筑钢结构、机械、船舶、冶金、石化等十大重点产业在切割焊接基础产业中的切割生产技术和生产方式的变革和产业升级，从而促进整个中国制造业在钢材切割下料基础产业的生产过程中，有效节省钢材，降低产品成本，提高切割生产效率。