我國是世界上最大的金屬管材消耗國家。鋼管一般包括表面處理過的普通鋼管以及不銹鋼管。鋼管普遍被應用于工程建筑鋼架結構、家居建筑、門窗護欄等領域，在實際應用中，管材切削以及沖孔的工作需求量非常龐大。本文介紹了激光切管機在管材加工行業(yè)如何成功替換了沖孔機，以及禾川Y7S伺服在激光切管機里面起到的關鍵性作用，為管材切割行業(yè)保駕護航。

　　文/浙江禾川科技股份有限公司

　　我國是世界上最大的金屬管材消耗國家。鋼管一般包括表面處理過的普通鋼管以及不銹鋼管。鋼管普遍被應用于工程建筑鋼架結構、家居建筑、門窗護欄等領域，在實際應用中，管材切削以及沖孔的工作需求量非常龐大。

　　金屬管材在不同的行業(yè)應用非常廣泛。一般的管材原來成形出廠往往是10米、甚至20米長度，下放到各行各業(yè)后，因應用場景的不同，需要加工成不同形狀、不同尺寸的零件，以滿足不同行業(yè)的需要。金屬管材的切割和沖孔是管材加工中的一道重要工藝。

　　以往傳統的不銹鋼管切割沖孔基本多是采用沖孔機進行切割以及沖孔，從手動到半自動，再發(fā)展到數控全自動，沖孔技術已經發(fā)展到了“天花板”，管切效率無法再提高。這時，激光切管技術開始進入了管材行業(yè)，這種技術非常適用于各種金屬管材的切割，有著高自動化、高效率、高產出的特點，對于不同形狀、不同尺寸的管材無需更換對應的模具，甚至無須人工上料，方便快捷，非常適合大批量生產。

　　1 沖孔機機發(fā)展概述

　　沖孔機的發(fā)展可以追溯到最早期的人工手動操作的階段，隨著科技的進步，逐漸發(fā)展到機械半自動和全自動操作。

　　(1)手動階段

　　早期的沖孔工藝主要采用手工沖壓和打孔技術，例如使用錘子和鑿子等工具對金屬材料進行沖擊，形成孔洞和凹陷。這種手工沖孔工藝雖然原始簡單，但效率低下且不精確，需要大量的人力和時間。

　　(2)半自動階段

　　隨著人類文明的進步和科技的發(fā)展，在沖孔工藝中人們逐漸開始采用機械化生產方式。在19世紀末20世紀初，沖孔工藝開始使用機械沖床來進行生產。機械沖床通過驅動沖子和模具對材料進行沖壓，實現高速、高效的沖孔操作，這種機械化沖孔工藝大大提高了生產效率和產品質量，適用于大規(guī)模生產。

　　(3)全自動階段

　　近年來，隨著計算機技術的發(fā)展和數控技術的應用，沖孔工藝進一步實現了自動化和智能化。數控沖床可以通過程序控制沖床的移動和沖孔操作，大大提高了生產自動化水平和沖孔工藝的精度。這種數控沖孔工藝被廣泛應用于汽車行業(yè)、電子行業(yè)和建筑裝修行業(yè)等領域。

　　伴隨著材料和工藝技術的不斷發(fā)展，沖孔工藝持續(xù)創(chuàng)新和改進。新材料的出現，如高強度鋼合金材料和復合材料等，對沖孔工藝提出了更高的要求。為了滿足這些應用需求，新型的沖孔工藝和設備不斷涌現，從而產生了激光切管機這一設備類型。激光切管機利用激光束的高能量聚焦，對材料進行切割，可以實現高速、精確和非接觸的沖孔操作，因而被廣泛應用于電子、建筑和航空航天等領域(圖1)。

　　圖1 全自動數控沖孔機

　　2 激光切管機替換沖孔機以及禾川伺服的應用

　　(1)沖孔機面臨的技術挑戰(zhàn)

　　雖然全自動數控沖孔機實現了沖孔工藝的自動化生產，但是在實際應用中還是存在著一些弊端需要改進，具體問題如下：

　　①管材沖孔都是需要模具的，加工不同尺寸、形狀的管材需要開發(fā)不同的模具，耗時長、成本高;

　?、跊_壓會產生一定的產品變形，毛刺多，產品一致性及精度均不高;

　　③加工不同管材需要停機更換模具，生產效率低。

　　特別是當加工的零件圖形比較復雜，需要同時進行切斷、開孔、切斜角、切弧口的情況下，沖孔機就沒法輕松完成了，需要不斷地去更換模具，工序復雜，耗時長。而這些問題應用一臺激光切管機就可以迎刃而解了，在操作系統里面只需要提前畫好所需圖形，設置好工藝參數就可以一次性輕松完成切斷、沖孔、切斜角切弧口等，減少加工工序，提高生產效率，從而降低生產成本。

　　(2)設備構成

　　激光切管機里面最常見的是雙卡盤切管機(圖2)，其主要由幾個部分構成：分別是前后兩個卡盤負責夾住管材進行同步旋轉、Y軸移動小車負責控制管材前后移動、X軸負責帶動激光切割頭橫向移動、Z軸負責激光切割頭上下移動。激光雙卡盤切管機可以實現全智能的自動化生產，提高生產效率和質量。

　　圖2 激光雙卡盤切管機設備現場圖

　　(3)工藝流程

　　雙卡盤激光切管機的工藝流程如下，操作界面如圖3所示：

　?、僬{高器的標定，正確識別切割頭的高度;

　　②在免畫圖系統里面構建所用的管材尺寸兩件圖;

　?、圻M行B軸中心標定，確保前后兩個卡盤的同軸度;

　?、芨鶕懈畹墓懿牟牧弦约昂穸龋O置相對應的系統工藝參數;

　?、葸x好切割零件圖，空泡程序檢查動作是否正確(可省略);

　?、藁刂胁僮鳎缓髥忧懈?。

　　圖3 雙卡盤激光切管機操作界面圖

　　(4)電氣系統構成

　　激光切管機是集數控技術、激光切割和精密機械于一體的高科技工業(yè)生產設備。它具有專業(yè)、高速、高精度、高效率、高性價比、運營低成本、加工效果好等特點。由于它具備如此多的優(yōu)點，所以得到了沖孔行業(yè)廣大客戶的一致認可。這款激光切管機在軟硬件方面主要采用當下比較暢銷的方凌系統，以及搭配禾川Y7S系列高性能伺服(圖4)。

　　圖4 激光切管機電柜實物圖

　　3 禾川伺服選型以及效果

　　在激光切管機方案上，采用禾川Y7S驅動器作為驅動層，執(zhí)行層采用了X2MG系列大扭力伺服電機，同時還采用17位穩(wěn)定可靠的編碼器對標同行品牌23位編碼器系統，精度效果同樣能滿足要求，且具備更高的性價比(圖5)。

　　圖5 禾川伺服驅動系統結構圖

　　(1)禾川Y7S伺服伺服方案的優(yōu)勢

　　l 采用Y7S伺服+X2MG系列伺服電機方案，可以實現正負0.01mm內的精度誤差;

　　l 調試好的參數可以整份復制到相同的機型上，并能正常、穩(wěn)定使用，保證了參數的一致性，減少了調試時間，操作方便快捷;

　　l 禾川Y7S伺服自帶獨立抱閘控制端子，為客戶節(jié)省了中間繼電器，既方便了接線又可節(jié)省成本;

　　l 采用的17位穩(wěn)定可靠的編碼器伺服電機，既能滿足速度以及精度要求，又能節(jié)省成本。

　　(2)切割產品效果展示

　　禾川伺服飛切產品效果圖如6所示：飛行切割直徑4mm圓形孔圓潤光滑，精度可達7個絲;飛行切割方形孔，四個角都是標準直角無過沖，尺寸精度在5個絲。

　　禾川伺服切割小圓孔效果圖如圖7所示：大家知道圓形直徑越小對伺服的響應性越高，切割效果越難控制。禾川Y7S伺服具有3.5KHZ速度頻率響應，響應快控制精度高，飛行切割直徑2mm小圓孔同樣能保證精度誤差在7個絲左右。

　　圖6 禾川伺服飛切產品效果圖

　　圖7 禾川伺服切割小圓孔效果圖

　　(3)用戶評價以及市場分布

　　激光切管操作系統簡潔易懂，搭配禾川伺服穩(wěn)定、可靠，切割速度以及精度都很理想。用戶普遍反映使用后生產效率顯著提高，產品質量得到保證，同時降低了能耗和維修成本。方菱系統操作靈活，簡單易學，搭配穩(wěn)定可靠的禾川伺服，在管材切割沖孔領域可以說是較具性價比優(yōu)勢的方案，因此，禾川這套方案一經推廣，就受到了眾多客戶的青睞，目前粗略統計，這套方案大概占到國內沖孔行業(yè)百分之三十以上的市場份額。未來，禾川將持續(xù)努力，為中國制造業(yè)的轉型升級貢獻自己的力量!