相贯线切割机工作原理及应用范围

   随着数控相贯线切割机的应用逐渐广泛，数控切割下料，已经在相当程度下料作业上代替手动或者半自动切割机下料！传统的相贯线切割机，亦称马鞍孔切割大多采用手工画线切割和靠模切割，及采用一些自制的半自动切割机进行切割，已经完全不能满足相贯线切割机效率和切割精度的需要，特别是一些高难度无限回转打坡口上面，手动切割是完全达不到切割要求，为此，公司研制推出的数控相贯线切割机，二轴功能，三轴功能，四轴功能，五轴功能，乃至六轴功能相贯线切割机在市场上使用普遍得到好评，一经推出，就带动了钢管数控切割机自动化下料的热潮，订购单位越来越多，像三一重工，精工钢构，及相当造船等重工企业，订制都不只一台！

数控相贯线切割机功能：

1、能在圆管上切割方孔、腰形孔。

2、能在主管上切割多个不同方向、不同直径的圆柱相贯线孔，满足支管轴线与主管轴线偏心和非偏心的垂直相交的条件。

3、能在支管端部切割圆柱相贯线端头，满足支管轴线与主管轴线偏心和非偏心的垂直相交、倾斜相交的条件。

4、能在圆管端部切割斜截端面。

5、能切割与环形主管相交的支管相贯线端头。

6、能进行钢管截断。

7、能在圆管上切割焊接弯头，“虾米节”两端斜截断面。相贯线切割机的应用行业：钢构行业，船舶制造行业，军工企业，石油、水电管道，工程机械，汽车制造等！

昌亨公司针对三轴两联动切割工艺，开发的三轴两联动相贯线参数化编程软件充分的考虑管件壁厚对相贯断面的影响，所采用的编程算法可以较好的解决过渡处内外壁的数据处理问题，保证相贯口的正常搭接。
   软件中涵盖了工程中常见的7个大类21种不同类型的相贯节点类型，而且可以将这些节点进行任意的组合，可满足油气管道、简单管桁架、压力容器等行业的需求。
1、能在主管上切割多个不同方向、不同直径的圆柱相贯线孔，满足支管轴线与主管轴线偏心和非偏心的正交及斜交的条件。
2、能在支管端部切割相贯线端头，满足支管轴线与主管轴线偏心和非偏心的垂直相交、倾斜相交的条件。
3、能在圆管端部切割斜截端面。
4、能在圆管上切割焊接弯头，“虾米节”两端斜截断面。
5、能切割与环形主管相交的支管相贯线端头。
6、能在圆管中部上切割方孔、腰形孔、椭圆孔（方孔及腰形孔可带圆角）。
7、能进行钢管截断。
8、能对管端部开槽。
9、能制作二通、三通等管道接头。

 机器机械部分主要由工作台、动力卡盘和切割头等组成。工作台和动力卡盘采用了整体设计、通过机械整体加工，使得纵向导轨与动力卡盘的轴心线保持平行，这样大大地调高了机器的工作精度。在工作台的侧面上、下安装有二根相互平行的直线导轨，导轨间安装精密齿条，通过移动体上的驱动系统带动齿轮转动，实现了纵向齿轮、齿条传动。动力卡盘通过伺服电机和同步带轮，带动卡盘旋转，由卡盘带动工件实现正、反向旋转。切割头是由双伺服电机进行控制，可以作轴向和径向偏摆。由系统控制这些运动轴的联动，实现管子相贯线的切割。

机器的旋转装置，采用了两组相互平行的多组卡盘传动，工作时只需直接将管子吊到工作平台上，利用两组卡盘自动定好管子的轴心线，这样使得管子的上下料非常方便。

数控相贯线切割机，是以五轴数字控制系统为标准。整个机器多根运动轴的联动由系统控制。五轴定义分别为：

Y轴：工件沿其中心线左右旋转。

X轴：移动体沿工件轴向左右移动。

A轴：割炬绕工件表面切割点轴向偏摆。

B轴：割炬绕工件表面切割点径向偏摆。

Z轴：割炬垂直升降。

机器的运动轴均由交流伺服电机驱动，系统控制采用工业计算机控制，全数字化，具有高稳定性及可靠性。

所有气路均配有电磁阀、调节阀、可轻易实现人工智能控制切割程序。氧气、燃气或等离子气源，通过管路输送到割炬。为了满足各种切割工艺的需要，供气系统采用了多组电磁阀用于控制各种气流的通断。各种气体的工作压力由调节器（或称为减压阀）进行调节。

产品技术描述

●     工作台（X轴）：工作台为整体框式结构、在工作台的侧面上、下安装有二根相互平行的直线导轨，导轨间安装精密齿条，通过移动体上的驱动系统带动齿轮转动，实现了纵向齿轮、齿条传动。

●     卡盘旋转装置（Y轴）：通过伺服电机＋减速箱带动整个传动系统，由卡盘带动工件正、反向旋转。

●     割炬双偏摆机构（A轴＋B轴）采用旋转＋四连杆结构，通过双伺服电机的联动，可实现360o连续变角度偏摆。该结构紧凑、轻便。

●     割炬座升降装置（Z轴）：由交流饲服电机经过精密减速机带动丝杆、滑灵传动，实现割炬座上、下运动。直线导向机构，保证了移动体在移动过程的平稳性。

●     椭圆度检测装置：对一些相贯线切割要求很高的工件，切割前用高度传感器检测管子表面的高低变化，并把检测的数据反馈给控制系统，切割时由系统控制控制切割轨迹，达到了对切割点适时跟踪的目的。

●     控制系统采用相贯线切割专用系统，通过系统窗口进行人机对话，在“参数设置”界面下，用户可根据加工要求设置各种参数，软件在设计时已经设置了默认的参数值，用户可以通过单击“加载默认值”按钮进行加载；将要切割的参数一次性输入，系统将根据输入的参数自动生成切割程序，实现连续切割。使得机器操作非常简便单。

1.3 产品使用目的

传统的管子加工均采用手工下料，工艺流程是：对相贯线轨迹放样－制作模板－工件划线－手工切割－对样打磨，如此繁琐的加工方法，不仅生产效率低，劳动强度高，而且产品质量差，无法保证工件相贯后均匀的焊缝。XGX系列数控相贯线切割机，不仅生产效率高、劳动强度低，而且切割精度高，切割后的零件可直接进行焊接，保证工件相贯后的焊缝误差＜1mm。因此该设备是管子加工的关键设备。

卡盘旋转装置（Y轴）

该装置主要是由两组平行的多组卡盘组成，将管子直接吊到卡盘中夹紧，利用两组卡盘自动定心。通过驱动系统带动卡盘转动，依靠卡盘使得管子绕其中心线做正、反向旋转运动，在整个多轴系统中被定义为Y轴。卡盘采用平行错位支撑形式，保证了工件与卡盘的多点接触。通过中惯量伺服电机＋精密减速箱，由输出同步带轮带动卡盘一起转动。零位开关用于确定Y轴零位基准点。

2.1.2、工作台（X轴）

在工作台的侧面上、下安装有二根相互平行的直线导轨，导轨间安装精密齿条，通过移动体上的驱动系统(日本松下交流伺服电机＋精密齿轮箱)带动齿轮转动，实现了纵向齿轮、齿条传动，在系统中被定义为X轴。工作台采用矩形管拼焊成整体框架结构、焊接成型后采用振动去应力处理，保证了机器整体刚性强度及应力变形，通过机械整体加工，使得两组卡盘的中心线与纵向导轨保持平行，这样不仅调高了机器的运行精度，同时也有效地控制了管子的轴向窜动。在机器立柱内安装了零位开关，用于确定X轴零位基准点。

2.1.3、割炬双偏摆机构：（A轴＋B轴）：

割炬双偏摆机构，可使割炬实现360o连续变坡口偏摆。它由A轴（轴向偏摆）和B轴（径向偏摆）复合而成，其偏摆角度为±45°。

割炬轴向偏摆（A轴）：由驱动系统(日本松下交流伺服电机＋精密齿轮箱)带动偏摆连接架转动，连接架以减速机的轴心为转动圆心作轴向偏摆，这样可保证偏摆点始终在管子的上表面上，偏摆角度为±45°，在系统中被定义为A轴。在0°位置装有零位接近开关，用于确定A轴零位基准点。

割炬径向偏摆（B轴）：由驱动系统(日本松下交流伺服电机＋精密齿轮箱)带动连杆转动，连杆以减速机的轴心为转动圆心作径向偏摆，这样可保证偏摆点始终在管子的上表面上，偏摆角度为±45°，在系统中被定义为B轴。在0°位置装有零位接近开关，用于确定B轴零位基准点。

2.1.4、割炬座升降装置（Z轴）：

由交流伺服电机经过精密减速机，通过带动丝杆、滑灵传动，实现了割炬座上、下运动，最大移动距离为600mm。在丝杆两边装有直线导轨作为升降导向，保证了移动体在移动过程的平稳性，在系统中被定义为Z轴。在上限位位置上装有零位基准点，用于确定管子上表面的基准点。

2.1.5、椭圆度检测装置：

每根管子都存在一定的椭圆度和弯曲度，在切割过程中，由于管子的连续快速转动，切割点时刻都在变化，因此无法对切割点的高低进行适时跟踪，这将会影响管子的切割质量。对一些相贯线切割要求比较的工件，切割前首先将高度传感器检测接触到管子表面，然后管子旋转一周，高度传感器自动检测到管子表面的高低变化数据，并把检测的数据反馈给控制系统，切割时系统会根据反馈数据控制割炬的切割轨迹，达到了对切割点适时跟踪的目的。

2.1.6、纵向电缆与供气软管

机器供气、供电。气管电缆传动装置：在切割机上有很多气管和电缆需要导入机器，本机气、电传输采用拖链装置。由于传输行程过长，因此在拖链中间加装拖链支承滚轮，防止拖链在运行过程中损坏。

2.1.7、流体系统

每台切割机均有自己独立的流体分配系统，整个系统主要由减压系统、流体分配管等组成。

减压系统主要由氧气、燃气专用减压阀和压力表组成，根据不同的切割工艺的需要，在气路操作面板上可方便地进行系统的压力调整。

流体分配管，主要对割炬及其他辅助功能的流体进行控制，在控制面板上可进行操作。每组割炬上均装有氧气、燃气回火防止器，这样可有效地防止因回火而造成的管路损坏或其他伤亡事故的发生。  

一、产品概述

KFG-6000/800数控相贯线切割机，是德州凯斯锐数控科技有限公司最新设计的高效率、高精度的管子自动化切割设备，主要用于各种低碳钢、不锈钢等管材的切割。可以切割圆管端面、圆管与平面相交面、及各种圆管与圆管、圆管与球面、圆管与曲面相贯的面。该机型外形美观、结构紧凑、运行平稳、操作简便。切割管径范围为500-50mm，切割管长范围为6m。

机器机械部分主要由工作台、动力卡盘和切割头等组成。工作台和动力卡盘采用了整体设计、通过机械整体加工，使得纵向导轨与动力卡盘的轴心线保持平行，这样大大地调高了机器的工作精度。在工作台的侧面上、下安装有二根相互平行的直线导轨，导轨间安装精密齿条，通过移动体上的驱动系统带动齿轮转动，实现了纵向齿轮、齿条传动。动力卡盘通过伺服电机和同步带轮，带动卡盘旋转，由卡盘带动工件实现正、反向旋转。切割头是由双伺服电机进行控制，可以作轴向和径向偏摆。由系统控制这些运动轴的联动，实现管子相贯线的切割。

机器的旋转装置，采用了两组相互平行的多组卡盘传动，工作时只需直接将管子吊到工作平台上，利用两组卡盘自动定好管子的轴心线，这样使得管子的上下料非常方便。

数控相贯线切割机，是以五轴数字控制系统为标准。整个机器多根运动轴的联动由系统控制。五轴定义分别为：

Y轴：工件沿其中心线左右旋转。

X轴：移动体沿工件轴向左右移动。

A轴：割炬绕工件表面切割点轴向偏摆。

B轴：割炬绕工件表面切割点径向偏摆。

Z轴：割炬垂直升降。

机器的运动轴均由交流伺服电机驱动，系统控制采用工业计算机控制，全数字化，具有高稳定性及可靠性。

所有气路均配有电磁阀、调节阀、可轻易实现人工智能控制切割程序。氧气、燃气或等离子气源，通过管路输送到割炬。为了满足各种切割工艺的需要，供气系统采用了多组电磁阀用于控制各种气流的通断。各种气体的工作压力由调节器（或称为减压阀）进行调节。

1.3产品使用目的

传统的管子加工均采用手工下料，工艺流程是：对相贯线轨迹放样－制作模板－工件划线－手工切割－对样打磨，如此繁琐的加工方法，不仅生产效率低，劳动强度高，而且产品质量差，无法保证工件相贯后均匀的焊缝。XGX系列数控相贯线切割机，不仅生产效率高、劳动强度低，而且切割精度高，切割后的零件可直接进行焊接，保证工件相贯后的焊缝误差＜1mm。因此该设备是管子加工的关键设备。

1.4产品使用环境要求

• ●         使用地点要求：          室内
• ●         环境温度：              －10ºC～45 ºC
• ●         环境湿度：              小于95%，无冷凝。
• ●         周围气体：              通风良好，无较大冲击，远离腐蚀性气体、蒸汽及粉尘。                 
• ●         电源电压：              380VAC、3Φ、50Hz，波动小于±10%。
• ●         流体的供给接口符合压力要求。

提示：严禁用于潜在爆炸环境。

1.5系统基本配置

数控系统2500（上海交大）

CNC系统是上海交通大学开发的关于火焰、等离子切割机的先进数控系统。该系统的界面设计、切割速度和运动控制结合国内外的先进技术、工艺性能全面，操作方便，是切割加工中具有一定智能化的系统。

l 功能和技术参数介绍

·菜单式中文图表；多级按键操作；全屏文本编辑；

·可切割任意复杂形状的工作，实时显示切割轨迹和速度；

·采用国际代码，能进行数据转换，可识别G代码的ESSI码；

·能现场修改切割代码，并能对应逐条代码显示图形段；

·可以进行矩阵排列、交错排列；可对进行缩放、旋转、横向镜像和纵像镜像；

·对切割速度、加速度和速度调整倍率等进行后台设置；

·可对工件进行割缝补偿；

·切割中可即时加速度，可无限后退，可不带I/O前进；

·在切割停车中可实现前进、后退返回原点、透枪等功能；

·可以进行临时退出，记忆当前切割点，下次可以从记忆点进行切割；

·可以从指定的穿孔点进行切割；

·运动中实时加减速；

·运动中转角自动限速；

·I/O、速度、位置信息实时显示。

l 主要硬件参数

·40G硬盘，采用工业控制工作主机

·INTEL2。4G处理器KS512M内存；USB接口；

·用于切割和运动逻辑的32路接口信号；

·2轴驱动输出；

·液晶显示器17寸，工业薄膜键盘；

1.6产品存储环境要求

• ●         使用地点要求：       室内
• ●         环境温度：           0ºC～45ºC
• ●         环境湿度：　　　　　 小于95%
• ●         周围气体：           通风良好，无较大冲击，远离腐蚀性气体、蒸汽及粉尘。   

提示：若长时间存储，则要定期对机器进行保养与维护。

1.7产品机械噪声水平参数及防噪措施

• ●         噪声水平参数：                < 75 dB(A) ,测试标准依据ISO 3744。
• ●         防噪措施：                    隔离外部气源，如空压机等。

二、结构简介与工作原理

2.1总体结构

                        图1主机结构图

1.纵向工作台        2.卡盘     3.随机操作箱    4.割炬装置

5.割炬双偏摆装置    6.升降装置   7.平台调装置    8.纵向移动台

9.纵向直线导轨      10.供气面板   11..纵向立柱     12.数控操作系统

 该设备主要由卡盘旋转装置（Y轴）、工作台（X轴）、割炬双偏摆机构：（A轴＋B轴）、割炬升降装置（Z轴）、椭圆度检测装置、气路部分、气管电缆传动装置和控制系统等组成。由系统控制多轴联动，每个工作轴每次工作前必须回零，然后每个轴按程序指令工作，系统复合完成管子相贯线的切割。

2.1.1、卡盘旋转装置（Y轴）

该装置主要是由两组平行的多组卡盘组成，将管子直接吊到卡盘中夹紧，利用两组卡盘自动定心。通过驱动系统带动卡盘转动，依靠卡盘使得管子绕其中心线做正、反向旋转运动，在整个多轴系统中被定义为Y轴。卡盘采用平行错位支撑形式，保证了工件与卡盘的多点接触。通过中惯量伺服电机＋精密减速箱，由输出同步带轮带动卡盘一起转动。零位开关用于确定Y轴零位基准点。

2.1.2、工作台（X轴）

在工作台的侧面上、下安装有二根相互平行的直线导轨，导轨间安装精密齿条，通过移动体上的驱动系统(日本松下交流伺服电机＋精密齿轮箱)带动齿轮转动，实现了纵向齿轮、齿条传动，在系统中被定义为X轴。工作台采用矩形管拼焊成整体框架结构、焊接成型后采用振动去应力处理，保证了机器整体刚性强度及应力变形，通过机械整体加工，使得两组卡盘的中心线与纵向导轨保持平行，这样不仅调高了机器的运行精度，同时也有效地控制了管子的轴向窜动。在机器立柱内安装了零位开关，用于确定X轴零位基准点。

2.1.3、割炬双偏摆机构：（A轴＋B轴）：

割炬双偏摆机构，可使割炬实现360º连续变坡口偏摆。它由A轴（轴向偏摆）和B轴（径向偏摆）复合而成，其偏摆角度为±45°。

割炬轴向偏摆（A轴）：由驱动系统(日本松下交流伺服电机＋精密齿轮箱)带动偏摆连接架转动，连接架以减速机的轴心为转动圆心作轴向偏摆，这样可保证偏摆点始终在管子的上表面上，偏摆角度为±45°，在系统中被定义为A轴。在0°位置装有零位接近开关，用于确定A轴零位基准点。

割炬径向偏摆（B轴）：由驱动系统(日本松下交流伺服电机＋精密齿轮箱)带动连杆转动，连杆以减速机的轴心为转动圆心作径向偏摆，这样可保证偏摆点始终在管子的上表面上，偏摆角度为±45°，在系统中被定义为B轴。在0°位置装有零位接近开关，用于确定B轴零位基准点。

2.1.4、割炬座升降装置（Z轴）：

由交流伺服电机经过精密减速机，通过带动丝杆、滑灵传动，实现了割炬座上、下运动，最大移动距离为600mm。在丝杆两边装有直线导轨作为升降导向，保证了移动体在移动过程的平稳性，在系统中被定义为Z轴。在上限位位置上装有零位基准点，用于确定管子上表面的基准点。

2.1.5、椭圆度检测装置：

每根管子都存在一定的椭圆度和弯曲度，在切割过程中，由于管子的连续快速转动，切割点时刻都在变化，因此无法对切割点的高低进行适时跟踪，这将会影响管子的切割质量。对一些相贯线切割要求比较的工件，切割前首先将高度传感器检测接触到管子表面，然后管子旋转一周，高度传感器自动检测到管子表面的高低变化数据，并把检测的数据反馈给控制系统，切割时系统会根据反馈数据控制割炬的切割轨迹，达到了对切割点适时跟踪的目的。

2.1.6、纵向电缆与供气软管

机器供气、供电。气管电缆传动装置：在切割机上有很多气管和电缆需要导入机器，本机气、电传输采用拖链装置。由于传输行程过长，因此在拖链中间加装拖链支承滚轮，防止拖链在运行过程中损坏。

2.1.7、流体系统

每台切割机均有自己独立的流体分配系统，整个系统主要由减压系统、流体分配管等组成。

减压系统主要由氧气、燃气专用减压阀和压力表组成，根据不同的切割工艺的需要，在气路操作面板上可方便地进行系统的压力调整。

流体分配管，主要对割炬及其他辅助功能的流体进行控制，在控制面板上可进行操作。每组割炬上均装有氧气、燃气回火防止器，这样可有效地防止因回火而造成的管路损坏或其他伤亡事故的发生。   

2.1.8、控制系统：

数控主机为工业控制器，并附有液晶高分辨率显示器，菜单和触摸式操作屏技术，日本松下交流伺服电机，多轴运动控制卡。并具有断点、断电记忆功能、自动报警、自动诊断功能、丰富、可扩充的宏程序调用及编辑功能、CRT模拟加工、桥接切割控制功能；英文显示、人机对话功能。实时的切割图形仿真、控制割炬进行定角度、变角度焊接坡口切割工作。切割宽度补偿、角度摆动校正、自动速度演算等功能。

提供代码格式的详细说明，以便和用户的系统兼容。留有与甲方计算机中心联网的USB接口。

三、主要技术参数

3.1主要技术参数

切割管径：                 Φ50～Φ500 mm

管子最大重量：             ≤10000 kg

工件长度范围：             6000 mm

工件椭圆度：               ≤2%

控制轴数：                 5轴

割炬升降最大行程：         600 mm

坡口偏摆角度：             ±45°

空气压力：                 0.8 Mpa

机器功率：                  6kW(不含等离子)  

3.2设备的主要切割性能

（1）[支管切割]　　用于支管切割端口，有左端和右端之分。

（2）[母管切割]　　用于母管开孔，可以指定孔1、孔2、孔3、孔4、孔5、孔6。

（3）[改变位置]　　选支管的左端切割或右端切割；选择母管的开孔编号。

（4）[母管相贯]　　支管切割的一种，支管与母管相贯的端口。

（5）[同径对接]　　支管切割的一种，两个同径管对接的端口(虾米弯)。

（6）[平面切割]　　支管切割的一种。支管端口是一个平面。

（7）[弯管对接]　　支管切割的一种。支管端口与大圆环表面对接。

（8）[两重支管]　　支管切割的一种，母管上有两根相近的支管，切割其中一根。

（9）[三重支管]　　支管切割的一种。母管上有三根相近的支管，切割其中一根。

（10）[特殊切割]　　支管切割的一种(用户要求)。

（11）[支管相贯]　　母管切割的一种，母管与支管相贯的孔。

（12）[　方孔　]　　母管切割的一种，母管上切割一个长方形的孔。

如用户有特殊切割要求，可另做设计方案，并在产品合同技术文件中注明。

1轴线相交型             2 三重相交型                 3多重相交型。 

                   4 轴线相离型                    5方槽切割型                  6 平面支管型

                   7椭圆切割型              8圆角方孔切割型              9对接管切割型

                   10平面双管切割型           11矩形支管切割型            12  虾米管切割型

四．机器主要精度要求：

XGX型数控相贯线切割机的切割表面精度应符合国家标准。工件切割长度尺寸定位精度为±1mm/机器全长；母线定位精度为≤±0.5mm; 各类相贯线相配管接头装配间隙误差≤±1mm。各运动轴的工作精度为：

Y轴：定位精度≤±0.3mm/每圈。

X轴：定位精度≤±0.3mm/全长。

A轴：角度偏摆偏差≤±0.3°。

B轴：角度偏摆偏差≤±0.3°。

Z轴：复位精度≤±0.2mm。

P轴：复位精度≤±0.2mm。

五．机器验收要求：

1.整机基础应符合基础安装要求。

2.机器周围无较大的冲击源。

3.机器所有焊缝处不得有裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷。

4.机器所有移动部件不得有松动或卡滞现象

5.电器箱内的所有接线头和元器件均不得有松动现象。

6.检查所有的安全保护装置工作是否灵敏可靠。

7.检查所有供气气路不得有泄漏现象(皂液检查法)。

8.机器接地必须良好。

六．设备表面涂装要求：

1.设备所使用的板材、型材、铸、锻件表面处理均达到国标GB8923－88(涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级)中的St2级要求。每层漆膜厚度为25-30μm。设备表面防腐底漆涂二度，干膜厚度40um，最终表面油漆涂二度，干膜厚度每度40um；。油漆表面附着力符合GB9286中2级的检验规定。

2.设备表面油漆颜色由用户定。合同生效后由用户提供色卡或漆种颜色。设备表面油漆达到10年不褪色或脱落

七.机床装机现场客户场地条件要求（由客户在设备到达前准备完毕）

八．关键件清单

（备注）：项目涉及到的相关技术问题由双方单位技术人员提供合理建议和意见，由双方项目负责人负责协商修改。

     为了使我们的设计方案更加合理，如贵公司针对该项目有不同见解和异议敬请与我们相关负责人取得联系。电话：13706866208