坡口切割技术

无限回转坡口切割机分析说明一、综述随着数控切割机的普及，使钢材的数控切割变得越来越方便快捷，数控切割机的高效切割效率、切割质量和钢材利用率得到有效提高。

但是随着中国制造业的产业技术升级的需要，坡口切割被提到各个设备生产加工焊接企业的日程上来。

从前，企业在进行零件焊接时，如果需要焊接坡口，则一般使用人工手动进行切割或打磨而成，即使使用电动刨，也难免出现被多次加工的状态，严重阻碍的后续工序的加工和生产，我们习惯上将它称作传统形式的加工。

特别是企业大量的开始普及自动焊接等高效焊接设施设备后，这种矛盾也变的越来越突出。

传统形式的加工：先进行零件数控垂直切割，然后在进行转移到人工操作平台上，操作工人根据图纸上标明的坡口形式和角度计算出切割的角度偏移量，使用半自动切割机或电动刨等进行加工，但当遇见零件的形状为弧形或圆弧形时，就需要再次调整加工设备的状态(姿态)等，整体完成一个零件的坡口加工可能是数控切割机切割这个零件的好几倍甚至十几倍的时间。

同时，在这个加工中，经常出现坡口角度的变化不统一等影响自动焊接的质量变化的因素，造成出现多种形式焊接上的问题。

数控坡口切割：通过数控切割机的自动转换加工割炬的加工状态，在切割中实现一次（V型坡口）或二次（Y/X）切割,直接将零件加工成型，其因为实现自动数控技术的原理下完成，故而对于零件的外形（形状）将不会受到任何限制。

二、坡口切割机的机械结构类型目前,针对在中国所见到的几种类型,我们一般把它分为3类,即偏摆加回转、双回转、双偏摆1、偏摆加回转：典型的代表厂商为ESAB的坡口回转机构，这种机械结构设计相对较为简单，也经过多年的技术和实践沉积，已经趋于完善。

国内也有不少切割机生产企业采用这种结构。

但这种结构中有一个普遍存在的问题，就是在运动中，因为等离子电源线和伺服电机电缆线的缘故，而会存在一定的角度卡盘，此角度一般为≥±360度和≤±720度之间，故而在连续切割中，有时需要进行回零旋转；同时在匹配机械结构上的旋转和摆动伺服电机及减速机时，必须搭配合适，以保证整个机械结构在运动中的运行速度。

理论上其偏摆范围在±45度之间。

2、双回转：典型的代表厂商为MESSER的坡口回转机构，这种机构现在正被一些新的切割机企业普遍采用，目前能够做到无限制旋转运动，其结构中两个回转轴成有一定角度的夹角，因而此夹角的关系，而实际运行中出现的并不是我们直观上看到的实际度数。

（从某种因素上说，澳大利亚的FARLEY也属于此类型）理论上其偏摆范围在±50度之间。

3、双偏摆：典型的代表厂商为KOIKE的坡口回转结构，其结构相对在机械设计原理上较为复杂,从机械学原理上也较为稳定和科学的结构,其设计结构可以充分避免了等离子电源线和伺服电机电缆上而产生的缠绕问题。

可以说，它是一种第一类型的延伸和扩展。

理论上其偏摆范围在±45度之间。

三、坡口切割机的发展现状和瓶颈目前，在国内有大约20多家切割机厂商开发出了坡口切割设备，其中销售数量最多的仍就是独资或合资的切割机企业，他们具备优越的技术研发和实际经验，能够实现从控制系统（CNC）、电器控制逻辑、机械设计等自主研发和测试。

而国内其他地切割机厂家相对起步较晚，虽然经过最近几年的积累，能够实现某些方面的技术更新和改进，但在关键技术上仍然来源于上述企业，特别在坡口技术方面更是如此，而出现了虽然各个厂家都开发出来的坡口设备只是在理论上是可行的问题，与实际的生产需求还相差一段距离，这并不是我们的客户挑剔，而是我们的坡口技术瓶颈没有能够突破，那什么是我们的瓶颈呐？曾经在一年半之前，我们就已经意识到这个问题了，经过长时间观察和学习，总结出以下四个方面：1、机械结构在国内，随着国内机械设计师们的技术的提高和成熟，现在大部分企业都已经设计出上面或类似于上面的机械结构体了，同时也解决了在机械结构运动状态下的圆心点变动（偏移）的情况的问题，虽然各个厂家的机械结构上存在差异,但大家均能够控制其变化范围为可以接受的尺寸误差范围内，进而保证了这一前提因素是解决未来影响切割精度的必需，同时缠绕也是机械结构设计中所面临的和需要解决的问题。

越是复杂的结构设计起来就越难，但当实现了那种结构后，精度的控制也就相对变得简单了。

2、控制系统（CNC）在切割机里控制系统就相当于我们人类的大脑，所有外部指令，进入到控制系统内后都是通过它进行处理和发出。

看到上面的那句话，就从而明白控制系统在切割里的重要性，特别是坡口切割机里面的重要性了，在坡口切割中，大量的状态需要控制系统进行处理和调整，同时也需要运算各种所设定的数据关系，在控制系统里还需要能够处理各种切割上的切割工艺，切割运动中的各种变化因素等方面。

它不但需要具备一般的等离子和火焰切割机控制系统所有具备的功能外，还必须需要具备与调高系统的闭环式信号处理、不同板材切割时数据的修正数据库、不同坡口度数变化数据修正数据库和高度控制数据修正数据库、不同状态（坡口角度）的切割速度自动转换等。

3、闭环式的调高系统（方式）在实际切割中，因为现场条件在不断的变化，同时目前我们用在等离子上的调高一般均为弧压反馈的方式，对于垂直状态下切割（或者称作I型切割），这种控制是可行并且有效的，其控制逻辑从原理上来说，我们称之为开环式调高系统（方式），而对于在坡口切割中，由于切割中不同坡口角度之间在相互变化，如果不能根据这一变化的改变而变化，就必然会造成切割高度上的差异变化而影响到我们实际的切割尺寸，解决这一办法的唯一途径就是有能够与控制系统之间形成有效的闭环式调高系统（方式）。

4、简单方便的坡口编程软件当我们解决了上面的问题后，基本上已经达到使用的先决条件了，但还并不能代表能够完全使用，因为，对于客户来说，它必须能够进行对零件的简单方便的进行设置坡口形式，同时又能够使多零件之间相互在一张板材上进行优化切割，而这些工作又不可能全部在切割机的大脑—控制系统上来全部完成，所以配有一套简单方便的坡口编程（套料）软件是必须地。

对于软件而言，必须能够和控制系统有完善的配合，双方在坡口实现时具有相互之间的互补性、择重性，这样才能真正意义上满足坡口切割机实际使用者的需求。

四、瓶颈的解决和推荐前面我们了解了现在国内的坡口切割机生产上所遇到的问题和瓶颈，为了能够解决这些问题和瓶颈，国内有多家研究院、企业和个人在研究和解决这些问题,这里就上面提到的4个问题分别进行分项讨论.1、机械结构对于以上三种机械结构,其各有优点和缺点第一种:其设计上较为成熟,控制也相对较为简单,只要在机械加工中有效的控制部件的加工精度,同时充分考虑整个机构上的力学原理及保证在运动中偏摆运动圆心和旋转运动圆心始终保持在一个精确的误差点上,在设计时为调整这个圆心点的高低预留一个有效的行程范围以方便实际使用变化中的圆心调整.因其在结构设计中的伺服电机和减速机的位置关系,而无法实现连续的回转而不产生缠绕.第二种:因其可以做到无限回转是在旋转的关键位置,使用了电刷来连接伺服电机和减速机等的电缆,但因电刷在长期使用和工作环境里的缘故，如果出现问题时,就会造成电机等报警状态,而无法工作，这也是这种结构中需要面对的关键所在。

同时，为了保证在旋转的运动中，始终能够保证两个相互角度的中心线交与割炬下方最低点位置，夹角角度的控制和调整就成了这种结构中的影响切割尺寸的关键所在了。

第三种:复杂的机械设计和部件装配,如果在这些部件上加工出现了误差或装配中出现问题,将会直接影响到其运动精度本身.它的左右运动的摆角实现起来相对简单，而前后状态的摆角运动则是通过一个旋转的拉杆来调整其姿态，在控制这种旋转拉杆上就需要一种复杂的力学传导原理，感觉与汽车的万向节的控制原理有所相同（注：本人不是学习机械出身故而对这种方法处理上的理解不够深刻）。

推荐：无限回转坡口切割头这里推荐下面的这一产品,其在设计结构中属于第二类型,但其充分考虑到其缺点,而采用了一种航空航天技术材料来解决电刷的链接上出现的报警问题，同时对两个旋转圆心的中心线，再机械结构中设计成可以调整的状态，其运动速度经过科学严密的测试,可以达到和超过360°/秒.特点：C轴回转头设计，减轻了采用连杆机构或A/B轴机构带来的路径连接处过度燃烧产生缺口的现象，以及复杂的小线段路径上坡口头失速的可能±50°坡口范围（数控角度补偿），360°/秒坡口角度调节速度，坡口机械控制精度±0.5°高科技新材料,超静音的传动机构,结合巧妙设计的结构,使体积,重量和噪声减到最小突破传统回转式坡口切割头电缆缠绕的局限,实现坡口无限旋转。

无杂乱外露走线切割运动中可编程的实时坡口角度变化，以及坡口角对切割路径的自动无法向跟随独特的用割炬头轻触工件的初始调高方案，摒弃了传统的用接触式传感器或用割炬头撞击工件的方法割炬碰撞保护装置，使贵重的坡口切割头使用更安全，寿命更长新型的非接触式触觉传感器，精确控制初始高度和切割高度，高度检测精度±0.5mm2、控制系统坡口的控制系统是建立在普通等离子和火焰切割机控制系统基础上的更为高级别的中心控制，它具有多轴联动（最少四轴），为了保证在切割现场状态随时地方便性和以调整性，故而一般需要能够对现场板材厚度和坡口角度状态进行调解，这种调节就成了能否实际使用的关键条件了。

推荐：数控切割系统特点：1、数控采用双处理器结构,前台为工业级的PC104主板运行微软视窗系统,提供功能丰富,使用便搜索的用户界面;后台采用专用的运动控制数字处理芯片(DSP),对高速精密的轴运动和复杂的机器逻辑进行更为强大和紧贴切的控制.与市面上绝大多数流行的基于PC和微软视窗的数控相比,由于增加了专用运动控制处理芯片,在处理速度,系统性能和系统稳定性上都有极大提高。

2、提供多达8轴的控制,可控制数字PWM,模拟伺服,步进电机等,具有包括PID调节,S曲线启停,前馈速度控制,龙门架双边驱动等高级控制功能。

3、嵌入式PLC，标准24-28点I/O可扩展。

具有功能强大的摊集，可与零件执行进行紧密交织互动。

4、丰富的接口，包括以太网，串口，USB，并具有手轮，遥控点动等选项接口。

5、采用先进的红外触屏显示。

菜单结构简单明了，操作使用方便；从实时工件路径显示，内部状态诊断和报告，到动态割炬头寿命监测和在线帮助文档，各种应用功能齐全；界面色彩风格时尚。

6、集成软件AVC高度控制，同时也扩展成外置调高系统，并形成闭环式调高控制状态（方式）3、闭环式调高系统（方式）调高系统在坡口切割中比I型切割地调高系统要求更为严格和精确，否则将会影响到切割质量和切割零件的尺寸；在同一轮廓切割中如果存在不同角度的变化状态，就需要进行不同高度控制，能否形成有效的数据控制及实时跟踪调整，普通的开环式调高系统（方式）就不能做到这样的状态，必须与要求调高系统与控制系统之间能够形成闭环式状态。