三卡盘零尾料激光切管机研究

洪 静，倪振兴，潘文金，郝静文

（1.江苏亚威机床股份有限公司，江苏 扬州 225200；2.江苏省金属板材智能装备重点实验室，江苏 扬州 225200）

数控激光切管机（图1）是一种专业进行管材切割加工的设备，其通过前后卡盘带动管材进行旋转运动，利用切割头相对于管材轴线以及截面方向运动合成切割轨迹。相比于传统管材的锯切、火焰切割、等离子切割等加工方式，数控激光切管机具有切割速度快、精度高、柔性好等诸多优点。近年来随着市场对管材切割质量要求的提高，以及健身器材、医疗器械、建筑装饰等行业规模的扩大，数控激光切管机的需求量快速增加。

图1 激光切管机

1 常规激光切管机结构分析

当前，激光切管机的主流结构形式为两卡盘式，如图2 所示，切割头位于两卡盘外侧。由于移动卡盘、滚轮卡盘的固有夹持位置以及切割头中心到卡盘之间的距离，存在一定的尾料，给用户带来不必要的管材浪费。同时在加工较长的成品工件过程中，管材悬出端较长，即便添加浮动装置进行辅助支撑，加工管材精度仍不尽人意。

图2 两卡盘切管机长成品工件加工示意图

为解决上述尾料较长以及长成品工件加工精度问题，三卡盘切管机技术应运而生，如图3 所示。目前主流的三卡盘采用中空三卡方案，即移动卡盘加两个滚轮卡盘的方案。该方案虽然可显著减少尾料长度，但对于尾端存在孔位的零件难以实现零尾料切割（图4）。同时对于首个长的成品工件，由于三卡盘在切割头同侧，无法对成品工件悬出端进行有效支撑，切割精度难以保证。在成品工件落料方案上，该三卡盘方案存在难以自动落料问题。

图3 中空三卡盘切管机首个长成品工件加工示意图

图4 中空三卡盘切管机工件末端加工示意图

2 三卡盘零尾料激光切管机

为解决当前两卡盘切管机以及中空三卡盘切管机存在的弊端，本产品创新采用了拉料式三卡盘结构，如图5 所示，配备拼装式浮动托板，每组浮动托板可实现独立的升降浮动动作，同时可独立的进行翻转落料。本产品在保证长成品工件切割精度的同时，实现零尾料切割，并实现成品工件自动落料。

图5 三卡盘零尾料切管机整机布局图

本产品在传统的两卡盘的基础上，在下料区域增加了拉料卡盘。如图6 所示，在成品工件长度大于某个设定值时，拉料卡盘移动夹持管材，三卡盘同时夹持管材进行加工，配合拼装式浮动托板对成品工件进行浮动支撑，显著提高了长成品工件加工精度。

图6 三卡盘零尾料切管机长成品工件加工示意图

当切割到工件末端时，为保证零尾料切割，中卡进行越位，利用拉料卡盘和中卡对管材进行夹持，如图7 所示，对成品工件末端进行加工。由于拉料卡盘采用齿形夹具，可对管材进行有效夹持，实现管材的轴向移动，满足工件末端的孔位加工要求。

图7 三卡盘零尾料切管机工件末端加工示意图

成品工件加工结束后，由于下料区域配备了分段式浮动托板，可根据成品工件的长度升起相应的浮动托板，对成品工件进行支撑，卡爪松开，浮动台面翻转落料。避免了整长浮动托板在成品工件长度小于托板长度时，由于需要避让卡盘，浮动托板无法升起自动落料问题。如图8 所示。

图8 三卡盘零尾料切管机零尾料切割落料示意图

3 产品优势分析

（1）零尾料切割，降低用户材料成本。本产品相比于主流的两卡盘和中空三卡盘激光切管机，采用了拉料三卡盘整体结构。在进行管材末端切割时，中卡越位，通过中卡和拉料卡夹持管材进行切割，真正实现了零尾料切割，降低了用户的材料成本。

（2）拉料卡辅助夹持，大幅提高长成品工件切割精度。在进行长成品工件的加工过程中，拉料卡可对成品工件的末端进行夹持，配合分段式浮动托板的辅助支撑，显著提高长成品工件的切割精度。

（3）独立升降的分段式浮动托板，实现成品工件自动落料。下料采用分段式浮动托板结构，每组托板可独立升降。根据成品工件的长度升起相对应的浮动托板，需要进行落料时，卡盘松开避让，浮动托板翻转自动落料。

4 结束语

数控激光切管机作为传统管材加工工艺的替代技术，市场应用场景不断拓展。而本文所述零尾料三卡盘切管机与目前主流的切管机相比，可为用户降低材料成本，同时提高成品工件加工精度。未来配合分拣码垛装置，可实现管材全程自动化生产加工，为用户提供更加完美的管材加工解决方案。