一、引言

    我國鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品制作正處于高速發(fā)展期，越來越多的鋼構(gòu)幕墻、海洋工程、造船、橋梁鐵塔、娛樂設(shè)施、物流倉儲、煤礦機械和工程機械等行業(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，被譽為21世紀的“綠色建筑”之一。但鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品在我國整個鋼構(gòu)產(chǎn)品應(yīng)用中所占比重不到 5%，而發(fā)達國家已達到50%以上。在我國生產(chǎn)、建造項目用鋼中，以H-型鋼、圓管為主，而在發(fā)達國家，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、站臺到機場碼頭，從超大型展覽中心、會議中心、體育場館到居民住宅，異型管由于造型美觀新穎、結(jié)構(gòu)、強度特性好等特點，被廣泛用作網(wǎng)架、管桁架、檁條、鋼架、龍骨、乃至容器、管道、移動倉儲貨架等等。近年來，在我國建筑、橋梁和倉儲運輸?shù)刃袠I(yè)的異型管結(jié)構(gòu)應(yīng)用也越來越普遍，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切割加工的重要原因。

二、異型管數(shù)控切割的實現(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行簡單的直切斷、斜切斷或簡單式樣的銑削，無法完成復(fù)雜的相貫線端頭式樣切割，更無法完成異型管復(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，單獨適應(yīng)某一種異型管的數(shù)控切割機顯然不適用。目前國內(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，許多企業(yè)已購買了數(shù)控圓管相貫線切割機，如果能夠利用現(xiàn)有數(shù)控圓管相貫線切割機完成異型管的切割加工，對鋼構(gòu)企業(yè)來說將是一個既經(jīng)濟又便捷的方法。下面是一些常見的椎管、多棱管、橢圓管結(jié)構(gòu)：

三、實現(xiàn)異型管的切割

1、硬件實現(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（以下簡稱LMGQ）實現(xiàn)異型管切割的方法和步驟。LMGQ由六或八個數(shù)控軸組成，這首先具備了切割異型管的硬件條件。機床結(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軸為直線運動軸，完成管件沿直線方向定位及切割；W 軸為移動卡盤、W1軸為固定卡盤，使管件繞其中心線進行旋轉(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切割機床還配有若干個輔助支撐，當(dāng)切割管件較長時，管件在遠離卡盤的一端會有所下垂，輔助支撐能夠支撐管件，保證管件相對水平，旋轉(zhuǎn)時始終是繞著管件中心旋轉(zhuǎn)（注：6軸設(shè)備需增加X1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)控相貫切割機上都同時具有這兩種切割能力，可根據(jù)管件壁厚來選擇的切割方式。常見的異型管的壁厚多為0.6mm~30mm，采用大功率精細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，一部分為機床廠家標配工裝（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）。卡盤工裝的作用是使卡盤的卡爪能夠夾住異型管從而帶動異型管的旋轉(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行旋轉(zhuǎn)。卡盤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)雖然看似簡單，但其裝夾異型管的效率將直接影響機床的整體效率，巧妙的工裝設(shè)計能夠大幅的提高切割加工速度。

2、軟件實現(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，并不占用機床時間，大幅提高機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床代碼，并由此來控制機床各軸的運動。因此，重點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隨機床提供的32位PIPE2002，或64位PIPE3000數(shù)控管相貫切割機輔助編程系統(tǒng)（以下:簡稱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)點展開結(jié)合AUTOCAD,TEKLA等三維設(shè)計軟件完成編程工作。目前國內(nèi)有近千家企業(yè)具有 PIPE3000的使用經(jīng)驗，軟件編程非常簡單，只要利用已經(jīng)做好的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計圖，輕松點擊鼠標即可完成。舉例：

1) 運行PIPE3000，打開三維節(jié)點展開模塊；

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

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3) 點擊PIPE3000 軟件工具選項中"異型管切割"的輪廓按鈕，即自動可生成機床切割代碼，繼而打開生成的機床代碼，顯示如下（展開圖中提供異型管切割后端頭及長度尺寸，起切點管徑、壁厚等數(shù)據(jù)）：

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3、異型管的切割加工實現(xiàn)

    將上面編程所生成的LMGQ系列切割機床代碼通過工廠內(nèi)的局域網(wǎng)絡(luò)或者U盤傳遞到機床上就可以開始切割加工了。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工裝改造后切割矩形管的工作狀況：

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四、結(jié)束語

    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完成對異型管復(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，對鋼結(jié)構(gòu)制造企業(yè)來說是一個不錯的選擇。

五、行業(yè)應(yīng)用范例