在重型管材上雕龙刻凤——四卡盘重型管材激光加工中心

文/范大鹏·武汉华工激光工程有限责任公司

背景及意义

⑵现阶段国内立体车库（图1）、工程机械（图2）、水处理等行业是H 型钢、C 型钢等大型型材的应用领域，该行业客户现有加工方式基本为传统加工方式（锯、钻、铣削、攻丝等），现场转运材料非常困难，用工数量较多，工人工资成本较高。众多企业迫切需求全新的加工方式，以减少用工成本。

图1 H 型钢在立体车库上的应用

图2 管材型材在工程机械上的应用

管材激光切割技术的优势

随着激光切割技术的成熟，激光切割机广泛地应用在航空、工程机械、汽车制造等领域。但管材切割在加工过程中仍存在一些难点，传统的切割方式虽然在一定范围内能达到要求，但是加工效率低、加工质量比较差。因此，管材激光切割机应运而生，在管材激光切割领域显示出广阔的发展前景。

管材激光切割机在目前的市场中具有热影响区域比较小，切割光洁无任何影响等优势。切割效率相较传统加工方式可以提高8 ～20 倍，加工费用大幅减少，对环境的影响程度也相对比较小。

激光切割是非接触式切割方式，在未来市场中可以说是非常有前景的。在加工过程中，对管材管壁不会产生压力，不会造成塌陷和变形。同时，激光切割管材时对管材缝隙的处理更好。

另外在重型管材和型材受材料规格较大、重量较重及长度较长等影响，在工厂加工时需要多工位转换以加工不同工序，需要使用天车或大型搬运设备进行转运，大大延长了加工周期，同时极大地浪费了车间使用面积。

四卡盘重型管材激光加工中心

在市场不断前进的推动和国外品牌高利润的垄断下，发展大型三维激光型材加工中心迫在眉睫、刻不容缓。

华工激光作为一家有担当的大型企业，多年前已开始大力研发适用于大型管材和型材加工的激光设备。当前，华工激光已研制出不同规格的重型管材激光加工中心，以我司刚推出的TP12041F 四卡盘（侧挂）重载激光切管机（图3）为例，产品成熟可靠，在机床整体布局、动态特性、加工精度以及加工工艺等方面已经远超国外先进同类产品，专精特新，行业领先，对标国际知名品牌，实现了国产替代（图4）。

图3 TP12041F 激光切管机

图4 TP12041F 激光切管机优势

DONE IN ONE 设计理念

所谓DONE IN ONE（图5），就是通过1 台机床完成从材料到成品所有加工的生产理念。华工法利莱的TP12041F 改变了从生产现场到经营管理的生产概念。通过削减包括刀具调整等准备作业工序实现加工周期的大幅度削减、加工的高精度化、夹具费用或设备费用的削减，同时具有减少机床占地面积，节省能源等多种效果。更快的加工速度，更大口径的加工能力，能够应对大口径管材加工的TP12041F 机型不仅仅降低运行成本，还通过基于人机工程学和环保理念的机械设计，大大地提高了机床的操作性。

图5 DONE IN ONE 的设计理念

关键技术及创新点

⑴机床整机结构布局与优化设计技术。

结构布局适应用户需求，并根据激光复合加工工艺的发展目标，开展整机结构设计、动静刚度有限元分析和计算，使机床具有良好的结构稳定性。

⑵高精功能部件及其装配技术。

采用高精度超长行程驱动技术，使卡盘沿X轴传动精度高、刚性好、运行速度快。

⑶可靠性与精度保持性。

开发出一套完整、系统的可靠性和精度保持性分析方法。

⑷空间误差补偿技术。

开发三维型材激光加工中心整机空间运动误差分析软件，分析影响机床加工精度的主要误差影响因素并加以控制，研发出机床空间加工误差补偿技术并在机床加工中得到运用。此外，在设计上加上了调整点位功能。

⑸机床整机精度设计技术。

围绕机床加工精度提升目标，以机床各个运动部件结合面公差为设计参数，建立整机精度分析及公差优化分配系统，从设计源头为机床实现高精度运行提供保障。

结束语

华工激光四卡盘重载激光切割装备是拥有完全自主知识产权的新型重型管材激光加工中心，该产品针对钢构加工、桥梁船舶、工程机械、电力铁塔、装配建筑、隧道交通等行业对超长超重金属管材及型材的激光切割下料需求设计，见图6 ～图8。新机型单根管材重量≤1.2t，直径≤406mm，长度≤12m，主要包含全自动伺服上料架、高精度超长模块化床身、铸铁主机、高功率激光切割头（含坡口）、高精度自定心回转卡盘（四卡盘）、全自动伺服下料架、安全防护装置等，整机符合人机工程学设计，配合先进的32 轴数控系统，可实现超长超重管材及型材的激光全自动加工生产。

图6 管材加工

图7 方管加工

图8 型材加工