一、引言

    我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品制作正處于高速發(fā)展期，越來(lái)越多的鋼構(gòu)幕墻、海洋工程、造船、橋梁鐵塔、娛樂(lè)設(shè)施、物流倉(cāng)儲(chǔ)、煤礦機(jī)械和工程機(jī)械等行業(yè)的鋼材環(huán)保、循環(huán)使用要求不斷提升，便于工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用，被譽(yù)為21世紀(jì)的“綠色建筑”之一。但鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品在我國(guó)整個(gè)鋼構(gòu)產(chǎn)品應(yīng)用中所占比重不到 5%，而發(fā)達(dá)國(guó)家已達(dá)到50%以上。在我國(guó)生產(chǎn)、建造項(xiàng)目用鋼中，以H-型鋼、圓管為主，而在發(fā)達(dá)國(guó)家，不同行業(yè)的異型管用量占鋼結(jié)構(gòu)冷彎型材總量的50%以上，從高鐵車站、站臺(tái)到機(jī)場(chǎng)碼頭，從超大型展覽中心、會(huì)議中心、體育場(chǎng)館到居民住宅，異型管由于造型美觀新穎、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度特性好等特點(diǎn)，被廣泛用作網(wǎng)架、管桁架、檁條、鋼架、龍骨、乃至容器、管道、移動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)貨架等等。近年來(lái)，在我國(guó)建筑、橋梁和倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的異型管結(jié)構(gòu)應(yīng)用也越來(lái)越普遍，其中矩形管、椎管、多棱管、橢圓管zui多，然而異型管的切割加工手段卻相對(duì)滯后，這也是本文探討異型管采用現(xiàn)有的數(shù)控圓管相貫線切割機(jī)切割加工的重要原因。

二、異型管數(shù)控切割的實(shí)現(xiàn)

    關(guān)于異型管切割加工，傳統(tǒng)加工手段多為鋸床、銑床或手工切割。鋸床或銑床切割加工一般只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的直切斷、斜切斷或簡(jiǎn)單式樣的銑削，無(wú)法完成復(fù)雜的相貫線端頭式樣切割，更無(wú)法完成異型管復(fù)雜式樣孔、洞的切割。隨著異型管相貫結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，復(fù)雜異型管相貫線輪廓的數(shù)控切割顯得非常重要。異型管截面多樣，有圓、橢圓、三角、六角、菱、八角、椎管和半圓形等異型管型，單獨(dú)適應(yīng)某一種異型管的數(shù)控切割機(jī)顯然不適用。目前國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)已經(jīng)積累了多年的鋼結(jié)構(gòu)制作經(jīng)驗(yàn)，許多企業(yè)已購(gòu)買了數(shù)控圓管相貫線切割機(jī)，如果能夠利用現(xiàn)有數(shù)控圓管相貫線切割機(jī)完成異型管的切割加工，對(duì)鋼構(gòu)企業(yè)來(lái)說(shuō)將是一個(gè)既經(jīng)濟(jì)又便捷的方法。下面是一些常見(jiàn)的椎管、多棱管、橢圓管結(jié)構(gòu)：

三、實(shí)現(xiàn)異型管的切割

1、硬件實(shí)現(xiàn)

    下面是利用北京林克曼公司生產(chǎn)的LMGQ系列數(shù)控(6)軸或LMGQ-PRO數(shù)控(8)軸圓-矩形管組合式管相貫切割機(jī)（以下簡(jiǎn)稱LMGQ）實(shí)現(xiàn)異型管切割的方法和步驟。LMGQ由六或八個(gè)數(shù)控軸組成，這首先具備了切割異型管的硬件條件。機(jī)床結(jié)構(gòu)如下所示：

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    LMGQ數(shù)控軸分別為W、A、B、X、Y、Z、X1、W1軸，其中：X、X1、Y、Z軸為直線運(yùn)動(dòng)軸，完成管件沿直線方向定位及切割；W 軸為移動(dòng)卡盤、W1軸為固定卡盤，使管件繞其中心線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；A軸為割炬的旋轉(zhuǎn)軸，用于切割管件在Y方向上的坡口；B 軸為割炬的旋轉(zhuǎn)軸，用于切割管件在X方向上的坡口。這些數(shù)控軸在LMGQ控制軟件的控制下，協(xié)調(diào)完成管件復(fù)雜曲線的切割。LMGQ切割機(jī)床還配有若干個(gè)輔助支撐，當(dāng)切割管件較長(zhǎng)時(shí)，管件在遠(yuǎn)離卡盤的一端會(huì)有所下垂，輔助支撐能夠支撐管件，保證管件相對(duì)水平，旋轉(zhuǎn)時(shí)始終是繞著管件中心旋轉(zhuǎn)（注：6軸設(shè)備需增加X(jué)1和W1軸）。

    可采用的切割方式為等離子或火焰切割，大多數(shù)數(shù)控相貫切割機(jī)上都同時(shí)具有這兩種切割能力，可根據(jù)管件壁厚來(lái)選擇的切割方式。常見(jiàn)的異型管的壁厚多為0.6mm~30mm，采用大功率精細(xì)等離子切割可以獲得更高的切割速度和切割質(zhì)量。

    在具備了上述機(jī)床條件后，工裝在異型管切割中起著至關(guān)重要的作用。工裝可分為兩部分，一部分為機(jī)床廠家標(biāo)配工裝（如：四爪卡盤，可完成圓管、矩形管、方管、H型鋼等）；另外一部分為客戶自制工裝（如：四爪卡盤轉(zhuǎn)換夾持工件裝置，可完成角鋼、槽鋼、異型管等等）?？ūP工裝的作用是使卡盤的卡爪能夠夾住異型管從而帶動(dòng)異型管的旋轉(zhuǎn)；輔助支撐工裝的作用是支撐異型管并保證異型管能夠連續(xù)的繞卡盤中心也是管件中心線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)?？ūP工裝和輔助支撐工裝可以采用一樣的結(jié)構(gòu)思路，即將異型管轉(zhuǎn)換成圓管后使其旋轉(zhuǎn)。工裝結(jié)構(gòu)雖然看似簡(jiǎn)單，但其裝夾異型管的效率將直接影響機(jī)床的整體效率，巧妙的工裝設(shè)計(jì)能夠大幅的提高切割加工速度。

2、軟件實(shí)現(xiàn)

    支持異型管數(shù)控切割分為編程和控制軟件，利用編程軟件完成異型管復(fù)雜曲線編程，并不占用機(jī)床時(shí)間，大幅提高機(jī)床的使用效率并且便于管理。由于LMGQ控制軟件本身具有切割三維空間任意復(fù)雜曲線的功能，并可直接讀取編程軟件提供的機(jī)床代碼，并由此來(lái)控制機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)。因此，重點(diǎn)是看編程軟件如何完成異型管復(fù)雜曲線的編程。

    北京林克曼LMGQ系列管相貫線切割機(jī)隨機(jī)床提供的32位PIPE2002，或64位PIPE3000數(shù)控管相貫切割機(jī)輔助編程系統(tǒng)（以下:簡(jiǎn)稱PIPE3000）。異型管編程拋棄了傳統(tǒng)參數(shù)化編程（即只能編特定的相貫式樣），采用三維節(jié)點(diǎn)展開(kāi)結(jié)合AUTOCAD,TEKLA等三維設(shè)計(jì)軟件完成編程工作。目前國(guó)內(nèi)有近千家企業(yè)具有 PIPE3000的使用經(jīng)驗(yàn)，軟件編程非常簡(jiǎn)單，只要利用已經(jīng)做好的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，輕松點(diǎn)擊鼠標(biāo)即可完成。舉例：

1) 運(yùn)行PIPE3000，打開(kāi)三維節(jié)點(diǎn)展開(kāi)模塊；

2) AutoCAD或TEKLA中打開(kāi)建好的異型管三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型。如下圖所示（橢圓管節(jié)點(diǎn)視圖）：

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3) 點(diǎn)擊PIPE3000 軟件工具選項(xiàng)中"異型管切割"的輪廓按鈕，即自動(dòng)可生成機(jī)床切割代碼，繼而打開(kāi)生成的機(jī)床代碼，顯示如下（展開(kāi)圖中提供異型管切割后端頭及長(zhǎng)度尺寸，起切點(diǎn)管徑、壁厚等數(shù)據(jù)）：

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3、異型管的切割加工實(shí)現(xiàn)

    將上面編程所生成的LMGQ系列切割機(jī)床代碼通過(guò)工廠內(nèi)的局域網(wǎng)絡(luò)或者U盤傳遞到機(jī)床上就可以開(kāi)始切割加工了。由于異型管的裝夾精度、切割前的擺放狀態(tài)都直接決定著異型管的切割加工精度，為此，加工前還需特別關(guān)注上述內(nèi)容和嚴(yán)格按照初始視圖的位置完成異型管的擺放。下圖是LMGQ系列管相貫線切割機(jī)工裝改造后切割矩形管的工作狀況：

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四、結(jié)束語(yǔ)

    綜上所述，為適應(yīng)不斷出現(xiàn)且日益新穎的異型管相貫結(jié)構(gòu)，利用工廠現(xiàn)有的圓管相貫線切割機(jī)完成對(duì)異型管復(fù)雜端頭及管孔的數(shù)控切割，既可以替代手工切割獲取更好的切割效率及切割質(zhì)量，又可以利用現(xiàn)有資源，從而節(jié)約設(shè)備投入，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)制造企業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

五、行業(yè)應(yīng)用范例