自动调高装置在数控切割机上的应用

李 靖 孙 超

（1.山东丰汇设备技术有限公司，济南 250200；2.采埃孚商用车系统（青岛）有限公司济南分公司，济南 250100）

1 研究背景

在实际生产中，钢板焊接前，需要在厚度方向上按一定角度切割斜口，即打坡口，以保证接口完全焊透，避免出现工艺缺陷。特别是工字形、箱形梁等腹板焊接时，需要打坡口，以保证焊接质量。传统的打坡口方法是在腹板切割之后用小跑车进行打坡口，该方法不但不能保证坡口的质量，而且切割工作效率低，甚至会造成二次切割变形。然而，采用数控切割机在腹板切割时直接打坡口，不但可以提高工作效率，而且避免了二次切割变形[1-2]。

等离子弧自动切割小车在运行中，往往会由于板材凹凸不平或板材与轨道不在同一个水平面上，而造成喷嘴与板材间距发生变化，喷嘴忽高忽低，无法人为随时调节割炬的高度与位置，从而造成坡口缺肉、高低不平等缺陷[3-4]，见图1。这种情况不但会影响切割质量，而且不利于保证坡口的质量，从而影响下一道工序的进行，严重时还会烧坏喷嘴。为了解决遇到的实际问题，设计了切割机割炬自动调高装置，使用此装置可以在切割钢板时直接切出坡口，同时能够自动调节割炬高度和位置，以确保坡口质量，提高工作效率。

图1 坡口缺陷

为了提高切割质量，减轻操作者的劳动强度，经过对现场缺陷的认真分析，利用数控切割机，使坡口下料与板材下料工序一次完成。采用这种方式在切割板材的过程中，割炬能够根据板材的起伏状况，自动改变割炬的位置，从而保证割炬喷嘴与板材之间的距离保持不变值，进而保证坡口下料的质量[5]。

2 方案选择对比

2.1 采用一套机械装置实现机械调高

这种方案的工作原理为：通过使装置与割炬连接，当板材有起伏变化时，装置能够自动带动割炬上下运动，从而调整割炬高度。该方案的特点为：第一，装置调高原理简单，制作方便，成本低，容易实现，方便操作；第二，机械调高可控性强，且方便维修，操作安全。

2.2 添加传感器实现电气反馈调高

这种方案的工作原理为：通过使用传感器随时检测板材表面的起伏变化，然后将变化量反馈给切割机主机，通过程序调节割炬的高度。该方案的特点为：第一，调高过程繁琐；第二，传感器价格昂贵，成本增加；第三，需要分析切割机主机程序，添加反馈环节，工作量增加；第四，电气调高故障点增加，不方便检修。

2.3 添加液压油缸实现液压反馈调高

这种方案的工作原理为：在割炬上添加一液压油缸，并使油缸一端与板材表面接触，当板材表面存在起伏不平时，油缸能够自动带动割炬上下运动，从而调节割炬高度。该方案的特点为：第一，调高原理复杂；第二，液压油缸价格贵，成本增加；第三，需要多种液压零部件，如液压泵、液压阀等，且价格昂贵；第四，现场环境复杂，且液压油会使工作设备存在安全隐患。。

通过对割炬自动调高的不同方案进行可行性分析发现，机械装置调高的方案具有操作原理简单，装置制作简单，制作成本低，而且机械调高可控性强等优势，因此确定该方案为实施方案。

3 方案具体实施

3.1 调高装置研制的原理

割炬高度调节装置固定在数控切割机上，当数控切割机行走时，割炬高度调节装置能够带动割炬同时行走；当板材表面有起伏时，割炬高度调节装置的起落杆会上下起伏，并带动割炬上下运动，自动调节割炬喷嘴与板材之间的距离，使二者之间的距离保持不变，从而实现坡口下料的连续性。

3.2 割炬自动调高装置的结构组成

根据割炬自动机械调高原理，构思装置结构特点，装置设计的关键点在于：第一，装置具有可拆卸性；第二，装置与割炬具有连接性；第三，要保证装置上下运动的垂直度要求及灵活性要求；第四，割炬的高度变化量要与板材起伏变化量一致。

经过上述分析，设计了如图2 所示的自动调高装置，该装置由支撑板、导向轮、升降调节杆、万向轮、支撑横梁等结构组成，以上结构由一个固定夹具固定在割炬横架上，其中：支撑结构均由圆钢和角钢制成；万向轮用黄铜制成；导向轮与升降调节杆之间能自由滚动，间隙为0.2～0.3 mm。该装置不仅能够实现小宽度板材坡口下料的需求，而且通过采用对称布置的形式还可实现大宽度的板材坡口下料的需求，如图3所示。

图2 自动调高装置

图3 宽板下料时调高装置使用

4 使用效果检查

分别采用小跑车打坡口和数控切割机打坡口的方式对厚度为30 mm、尺寸为1 000 mm×500 mm 的板材进行坡口下料实验，实际切割情况分别如图4 和图5 所示。打坡口过程中，数控切割机与小跑车的行走速度均设定为388 m•h-1，对比两种坡口下料方法的工时图，见表1，两种坡口下料质量效果，见图6。

图4 小跑车打坡口

图5 数控切割机打坡口

由图6 和表1 可以看出，数控切割机打坡口能够比小跑车打坡口节省一道工序，其板材下料与打坡口准备能够同时完成，节省了打坡口准备时间；而且因板材两侧均需要打坡口，数控切割机能够一次完成两侧坡口，而小跑车需要两次才能完成，工时能够减少一半。由图6 可以看出，增加割炬高度调节装置后，数控切割机打的坡口质量得到了明显提升，缺肉等现象消失。切割机打坡口的总工时比小跑车打坡口的总工时缩短了48.2%，坡口下料时间大大缩短，有效提高了生产效率以及坡口的下料质量。

图6 两种方式坡口质量对比

表1 两种坡口下料方式对比表

5 结语

针对车间生产一线坡口下料存在的质量和效率问题，提出整改措施，通过设计割炬高度调节装置，大大改善了传统坡口下料过程中存在的问题，从而提升了工作效率，提高了工作质量。