沈海平，陳 陽

(三一重工股份有限公司，湖南 長沙 410100)

全數(shù)字化下料工藝研究與應(yīng)用

沈海平，陳 陽

(三一重工股份有限公司，湖南 長沙 410100)

傳統(tǒng)下料方式切割效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定、人為因素大、造成嚴(yán)重浪費(fèi)。全數(shù)字化下料具有自動(dòng)上下料、自動(dòng)清渣、自動(dòng)噴碼和分揀物料、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)校槍、自動(dòng)換刀鉆孔攻絲、五軸聯(lián)動(dòng)、立體切割等各項(xiàng)功能，可有效提高生產(chǎn)效率，改善切割質(zhì)量。集下料、開坡口、鉆孔攻絲于一體，最大限度減少了各種浪費(fèi)，提高了下料效率，是衡量下料工藝裝備水平的重要標(biāo)志，對(duì)實(shí)現(xiàn)精益化生產(chǎn)方式具有重大意義。

全數(shù)字化；下料；工藝研究

0 前言

隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，工業(yè)用鋼量不斷增大，2010年我國的鋼材消耗量已接近6億t[1]。下料作為生產(chǎn)的第一環(huán)節(jié)，其切割效率及切割質(zhì)量的好壞關(guān)系到后續(xù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的加工及產(chǎn)品的精細(xì)化水平。在傳統(tǒng)的下料方式中，一方面下料任務(wù)量大，下料設(shè)備產(chǎn)能不足而設(shè)備開機(jī)利用率不高；另一方面，人為影響因素多，切割質(zhì)量和切割設(shè)備工作狀況難以得到保障。數(shù)字化下料可充分利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料、自動(dòng)切割、自動(dòng)清理，通過有效提高下料各環(huán)節(jié)效率進(jìn)而提高整體切割效率。其擁有的自動(dòng)監(jiān)控與管理功能可對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、易損件和物料等實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而及時(shí)反饋設(shè)備故障和易損件消耗情況，減少了設(shè)備的故障停機(jī)率、易損件成本及報(bào)廢零件量，提高作業(yè)的安全性。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，提高下料設(shè)備的自動(dòng)化程度和安全可靠程度，采用先進(jìn)的數(shù)字化下料生產(chǎn)方式將是未來下料的發(fā)展方向。

1 傳統(tǒng)下料方式

圖1為傳統(tǒng)的下料流程。由圖1中可知，傳統(tǒng)下料方式自動(dòng)化程度低，手工勞動(dòng)占據(jù)主導(dǎo)地位，各種安全隱患及人為不良因素充斥切割現(xiàn)場，各環(huán)節(jié)之間的協(xié)調(diào)性差，效率低下，切割質(zhì)量難以保證。

2 全數(shù)字化下料主要組成

2.1 DNC網(wǎng)絡(luò)傳輸及控制系統(tǒng)

DNC網(wǎng)絡(luò)傳輸及控制系統(tǒng)是數(shù)字化下料的一大亮點(diǎn)，它承擔(dān)著程序下發(fā)、設(shè)備監(jiān)控與管理的任務(wù)，是實(shí)現(xiàn)各功能模塊通信的紐帶，也是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化下料的基礎(chǔ)。DNC網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)在主控制電腦上編程，網(wǎng)絡(luò)傳輸至各機(jī)臺(tái)并開始切割，從而取代傳統(tǒng)切割中工人利用U盤拷貝程序至切割機(jī)這種效率低、安全性差的方法。主控制電腦通過DNC網(wǎng)絡(luò)對(duì)各切割系統(tǒng)，包括自動(dòng)吊運(yùn)系統(tǒng)、自動(dòng)切割機(jī)、自動(dòng)分揀系統(tǒng)進(jìn)行全程管理，能夠合理、快速、高效地調(diào)配、優(yōu)化各種資源，具有非常高的協(xié)調(diào)性和可靠性，大幅提升各模塊的利用率。安裝于切割系統(tǒng)中的各種傳感器可實(shí)時(shí)檢測整個(gè)系統(tǒng)，尤其是對(duì)關(guān)鍵零部件以及其他關(guān)系下料質(zhì)量、安全性部件的檢測，以便及時(shí)、準(zhǔn)確、快速發(fā)現(xiàn)設(shè)備的各種故障因素，提醒維修人員進(jìn)行相關(guān)維護(hù)或自動(dòng)校正，避免設(shè)備的過度使用和進(jìn)一步損壞，從而使整個(gè)系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài)，確保下料質(zhì)量和下料效率。MicroStep Group公司的自動(dòng)校槍系統(tǒng)可以在90 s內(nèi)完成以前需要4 h的工作。圖2為數(shù)字化下料的iMSCN控制系統(tǒng)。

圖1 傳統(tǒng)下料生產(chǎn)方式

圖2 數(shù)字化下料的iMSCN控制系統(tǒng)

2.2 零件數(shù)據(jù)庫

在全數(shù)字化下料系統(tǒng)中包含零件數(shù)據(jù)庫，每一種零件在該數(shù)據(jù)庫中都有關(guān)于下料的各種工藝參數(shù)，包括切割電流、切割速度、引入／引出參數(shù)等，這些參數(shù)均是實(shí)踐中檢測確認(rèn)的最佳工藝參數(shù)。在編程時(shí)，可直接從零件庫里調(diào)取相關(guān)零件，而切割該零件的各種參數(shù)都會(huì)隨著零件的調(diào)取而自動(dòng)生成，大量節(jié)省了編程時(shí)設(shè)置參數(shù)所耗費(fèi)的時(shí)間，并保證了下料質(zhì)量。在傳統(tǒng)切割中，切割電流和切割速度并沒有考慮到下料零件的自身尺寸因素，一旦設(shè)定，在切割中就不能更改，這樣就會(huì)造成零件拐角處被燒傷、圓形零件圓度不夠等缺陷。而在數(shù)字化下料中，零件數(shù)據(jù)庫還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變更切割參數(shù)的功能，數(shù)據(jù)庫包含各種半徑、拐角的切割參數(shù)，在切割拐角時(shí)，自動(dòng)降低切割電流，防止過燒；在切割圓邊時(shí)，根據(jù)圓形半徑自動(dòng)降低切割速度，防止由于割槍慣性造成的表面損傷。

2.3 易損件自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

下料中的易損件主要指電極、噴嘴、火口、反射鏡等，尤其是等離子切割中的噴嘴和電極消耗量很大。在傳統(tǒng)的切割中，易損件的更換主要靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)，存在較大的誤差。易損件使用時(shí)間不足，則存在較大的浪費(fèi)；易損件使用過度，則會(huì)損害切割質(zhì)量及設(shè)備。易損件報(bào)警系統(tǒng)對(duì)易損件的穿孔次數(shù)、切割時(shí)間作出統(tǒng)計(jì)，并依據(jù)該易損件的使用壽命對(duì)操作人員作出提示，使易損件充分而不過度使用，有效的節(jié)省了成本并保證了下料質(zhì)量。圖3為PURIS公司對(duì)等離子易損件監(jiān)控實(shí)例。

圖3 PURIS公司易損件監(jiān)控實(shí)例

2.4 自動(dòng)上料切割分揀系統(tǒng)

圖4為全數(shù)字化下料系統(tǒng)示意圖。在全數(shù)字化下料中，鋼板經(jīng)自動(dòng)預(yù)處理后，上料系統(tǒng)將其自動(dòng)吊運(yùn)至切割機(jī)臺(tái)，切割機(jī)自動(dòng)噴碼校槍后進(jìn)行自動(dòng)切割。自動(dòng)上料系統(tǒng)中的激光精確定位功能可有效減少切割邊圍余量，提高材料利用率。切割完后，自動(dòng)分揀系統(tǒng)第一時(shí)間將零件及廢料一起吊運(yùn)至分揀區(qū)，有效減少了切割機(jī)的等待時(shí)間，提高設(shè)備利用率。與傳統(tǒng)切割的明顯區(qū)別在于數(shù)字化下料大幅減少了人力消耗，以及生產(chǎn)過程中的浪費(fèi)。

2.5 自動(dòng)報(bào)表生成

全數(shù)字化下料控制系統(tǒng)發(fā)出的下料任務(wù)完成后，切割機(jī)會(huì)自動(dòng)反饋工作完成情況，主機(jī)得到自動(dòng)生成班次切割報(bào)表，如圖5所示，操作人員可依此隨時(shí)掌握下料任務(wù)完成情況，便于考核，集中管理。

圖4 自動(dòng)上料切割分揀系統(tǒng)示意

2.6 全自動(dòng)坡口切割及鉆孔攻絲系統(tǒng)

全數(shù)字化下料系統(tǒng)可配置五軸聯(lián)動(dòng)旋轉(zhuǎn)頭，如圖6所示，可根據(jù)板材的形狀實(shí)時(shí)精確地調(diào)整切割方向及位置，能夠?qū)崿F(xiàn)V型、Y型、K型坡口的切割，切割角度為±50°，切割精度小于等于1°，適應(yīng)能力強(qiáng)。

圖5 班次切割報(bào)表

在全數(shù)字化下料中，切割機(jī)還能配備數(shù)字化鉆孔攻絲設(shè)備，如圖7所示。切割前先進(jìn)行鉆孔和攻絲，從而減少轉(zhuǎn)運(yùn)工序及鉆孔攻絲設(shè)備，該鉆孔攻絲設(shè)備配備刀庫，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)換刀，可加工孔徑為3～24 mm，攻絲孔徑為3～20 mm，最大轉(zhuǎn)速可達(dá)1500 r／min。

3 全數(shù)字化下料方式

全數(shù)字化下料生產(chǎn)線規(guī)劃如圖8所示，主控制器發(fā)出切割指令后，工藝行車通過激光定位系統(tǒng)自動(dòng)將鋼板吊運(yùn)至切割機(jī)臺(tái)，切割機(jī)自動(dòng)噴碼后進(jìn)行自動(dòng)切割，切割完后工藝行車自動(dòng)將零件及廢料一起吊運(yùn)至分揀區(qū)，分揀機(jī)分揀工件并交檢合格后即可轉(zhuǎn)入下道工序。

圖6 坡口切割示意及坡口形貌照片

圖7 鉆孔攻絲設(shè)備及工件照片

圖8 全數(shù)字化下料生產(chǎn)方式

4 全數(shù)字化下料與傳統(tǒng)下料比較

全數(shù)字化下料與傳統(tǒng)下料相比具有明顯優(yōu)勢(shì)，在國外已開始研發(fā)及應(yīng)用，并取得了一系列顯著成果。表1為MicroStep Group公司數(shù)字化下料和傳統(tǒng)下料方式的對(duì)比分析結(jié)果。

5 結(jié)論

數(shù)字化下料生產(chǎn)方式在提高產(chǎn)品質(zhì)量、下料效率、設(shè)備利用率、材料利用率等方面跟傳統(tǒng)下料方式相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，是衡量工藝裝備水平、制造能力的重要標(biāo)志，將是未來的發(fā)展趨勢(shì)。不斷完善數(shù)字化下料設(shè)備，提高自動(dòng)化水平，降低成本，是當(dāng)前下料科技工作者所面臨的重任。

[1]李 浩.低碳經(jīng)濟(jì)下的高效切割技術(shù)[J].金屬加工，2010(4)：26-27.

The research and application of full digitized cutting technology

SHEN Hai-ping，CHEN Yang
(Sany Heavy Industry Co.，Ltd.，Changsha 410100，China)

The traditional cutting has several disadvantages，such as inefficiency，unstable quality，human factors and serious waste.Due to the functions of automatically feeding，cleaning，inkjet,sorting，monitoring，torch-adjusting，tapping and space cutting full digitized cutting technology shows perfect performance in waste reducing，efficiency enhancing and cutting quality improving，and combines with cutting，groove processing and tapping together.The extent of digitization which is of great significant to lean production will be one of the most important marks of technology equipment level.

full digitization；cutting；technical research

TG409

A

1001-2303(2011)12-0016-05

2011-06-21

沈海平(1964—)，男，湖南長沙人，工程師，主要從事機(jī)加工、下料工藝方面的研究工作。

表1 MicroStep Group公司數(shù)字化下料與傳統(tǒng)下料對(duì)比分析結(jié)果