浅谈数控切割的编程和图形处理技巧

浅谈数控切割的编程和图形处理技巧

俞海波 赵克军 张云峰 俞一涵 唐炅昱

安徽富煌钢构股份有限公司 安徽 巢湖 238076

摘 要：以美国Hypertherm公司EDGE数控系统，HPR260xD型数控等离子火焰切割机、套料软件FastNEST为例，根据实际下料工程中的一些典型异形零件的图形处理和实际切割经验来说明异形零件图形处理等方面的可以采取的实用技巧和工艺措施，有效的避免了下料过程中出现的原材损耗率高、质量缺陷、以及套料人员工作效率的提高等方面的问题，节约了企业的生产成本。

关键词：图形处理；桥；变形；组合

引言

数控技术的发展可谓日新月异，数控等离子火焰切割机被广泛用于板材下料。从传统的手工下料、半自动切割下料过渡到了数控自动控制下料，数控切割的优点是：切割速度快、效率高；采用套料软件可最大限度地节约原材料；割缝质量好；尺寸精度高。无论在提高工作效率还是节约原材料方面都取得了不错的效果。与此同时，也对套料人员提出了更高的要求，特别是异形零件切割程序编写的是否适宜将直接异形零件的切割质量、材料利用率的高低、数控切割的效率。在生产中需要套料人员根据实际情况进行分析，对图形处理采取一些必要的技巧，来避免下料过程中出现的质量缺陷、原材损耗率高，同时可以降低套料人员的工作强度，提高工作效率。下面通过企业生产中的几件实例，分别阐述实际操作的可采用的方法和技巧。

1. 旋转角度法：

套料软件读取CAD图形采用1:1的DXF文件格式，以盛同路菱形立交端横梁的连接板为例，材料为Q345qD,板厚为16mm,形状为靴子型，在排版时，按常规的套料方式，原材宽度利用率不高（2500mm*2650mm可排110件），若想取得最佳原材利用率，需要获得如图1右侧的效果（2500mm*2455mm可排110件），由于套料软件的局限性，这时每个零件都需要手动旋转角度，不易控制，工作效率低下。因此套料人员在处理图形时，就需要对套料时可能出现的情况作出正确的预判，在CAD中处理图形时，通过旋转命令将图形旋转一个适当的角度，在用套料软件进行编程，这样可以大大的缩短编程时间，提高套料时的工作效率。该工程共有此类12180件，按每110件可节约原材PL16*195*2500mm,共可节约原材约PL16*2500*21000mm、采购成本约50万元。

2、临时搭桥法：

北京地铁12线圆管柱外部环板，材质为Q355B-Z15,板厚为50mm,上部有一槽口，按图纸的零件形状进行下料，火焰切割过程中，零件吸收大量热能，切割成型后，在自然冷却过程中释放应力而收缩，经实际测量，收缩幅度可达5~10mm,无法保证其形状和尺寸精度。从而给制孔工序带来基准不好定位、拼装工序带来因应力收缩，内径变小，安装不上的不利因素，要避免这种情况发生，可以在处理图形时将槽口处临时搭建一处宽度为10mm的过渡“桥”，使图形连成一个整体，提高零件结构的稳定性，从而避免切割成型后冷却过程中的应力收缩，减少变形量。待完成自然冷却后，亦可在制孔工序完成后，将“桥”割除。可有效解决这一问题。

3、零件组合法：

在FastCAMT采用的编程方法中，采取“桥接连续切割”是生产效率最高的一种方式将每排零件进行桥接，将零件连接在一起，通过改变割嘴行走路线，可使多块零件只需预热一次。在实际生产过程中，有的零件尺寸较小，在数量较多的情况下，批量生产时穿孔次数仍然较多，采用零件组合法可以有效减少穿孔次数，降低损耗。以钢结构工程中的圆管桁架端头的封头板为例（如图3），封头板板厚一般为5~12mm,因为整个工程中圆管截面有多种，每种截面的封头板尺寸不尽相同，且由于零件尺寸较小，数量很大，在排版软件采用自动排紧方式时，运行很慢，而且达不到最佳效果（即原材损耗率降不到最低点）。需要排版人员手动进行调整，费时费力。且在下料过程中可能会产生以下不良结果：①、在切割过程中容易倾斜或者悬挂不平稳，导致切割风线又误伤其他工件，②、等离子枪头在行进过程中红外线感应来不及反应，导致撞枪，造成不必要的损坏。③、零件切割后，从支撑格栅间隙中掉落，增加了数控下料机操作人员的工作量。因此在实际排版过程中，可采用零件组合法---根据实际需要来确定零件组合数量（本文以较简单的三个一组作为范例）进行图形处理，但组合零件长宽比应控制1:10以内，当长宽比过大，进行切割时由于受热变形往往出现上拱和翘曲，操作人员稍不注意就会导致零件碰撞枪嘴，影响切割的顺利进行，容易造成熄火和撞弯和撞断割炬等事故）。图形处理的具体操作步骤如下：1、先将零件图形在CAD中以图形实际长度为间距进行复制或者阵列。2、在距离底线4~5mm(根据板材厚度确定）处画一条辅助直线交圆弧于C、D、E、F点，3、再通过多段线命令从A点画至B点的直线，再选择子选项圆弧画B点至F点的圆弧，再画F点到E点的圆弧，以此类推，直至圆弧在A点闭合。4，提取图形，并保存后即可用套料软件进行套料，和常规套料相比，选择n个零件组合，穿孔次数相对减少n-1次，且套料时更方便快捷。

2012年7月和8月，用改进后的图形套料，对巴基斯坦圆管桁架封头板进行下料。经估算在原材耗用和生产效率方面，比用原来的套料方法每1000套可以节省切割时间约1小时,节省原材费用约100元，节省氧气费用约40元，节省电费约40元，节省等离子耗材约60元，1000套封头板先前下料、收料工期约为一个班，现在仅需0.5个班，按此计算可节约人工成本约80元。

结语：在实际生产过程中，套料人员对图形处理和套料程序编写起到了至关重要的作用，通过正确的的预判和合理的分析，巧妙的运用图形处理技巧，可以给企业生产到来以下几方面明显的优点：①、节省原材料；②、节约了直接生产成本（切割天然气和电耗）；③预热穿孔次数大大减少，割嘴行程减少，等离子耗材消耗减少，降低了成本；④生产效率明显提高；⑤减轻了操作人员的劳动强度。

参考文献：

[1]《热切割等离子弧切割、 质量和尺寸偏差》 (JB/T 10045.4-1999) 

[2]《钢结构工程施工质量验收规范》 (GB50205-2001) 

[3]《X062-S531盛同路菱形立交》 设计图纸

[4]《北京地铁12号线一期工程东坝车辆段》 设计图纸

[5]《巴基斯坦塔尔煤田》 设计图纸