鋼板數(shù)控切割效率及材料利用率研究

張中明，楊杰，王道強(qiáng)

鋼板數(shù)控切割效率及材料利用率研究

Resea rch o f NC Cutting Effic ienc y fo r Stee lPla te and Ma te ria lUtiliza tion

張中明，楊杰，王道強(qiáng)

2011年，我國(guó)用于切割焊接產(chǎn)業(yè)用鋼材近3億噸，但在使用過(guò)程中浪費(fèi)鋼材總量比發(fā)達(dá)國(guó)家多10%，即浪費(fèi)鋼材總量3000萬(wàn)噸。因此提高材料利用率和提高切割效率，是企業(yè)降本增效、提高競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。

徐州中材裝備重型機(jī)械有限公司是中材裝備集團(tuán)有限公司旗下以生產(chǎn)水泥機(jī)械為主的專業(yè)化機(jī)械制造企業(yè)，年產(chǎn)量3萬(wàn)噸，其中每年鋼板消耗將近2.3萬(wàn)噸，材料利用率低，造成企業(yè)成本居高不下，同時(shí)，下料效率對(duì)工期的影響，大大降低了公司的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在公司現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上如何提高材料利用率和下料效率是公司需要解決的難題。

1　改進(jìn)措施

根據(jù)實(shí)際下料特點(diǎn)，我公司對(duì)數(shù)控切割程序進(jìn)行了改造，使之能夠?qū)崿F(xiàn)共邊下料。通過(guò)改造，鋼材利用率、工作效率得到大幅提升，能耗降低?，F(xiàn)結(jié)合我公司改造經(jīng)驗(yàn)，對(duì)改造過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行探討。

1.1傳統(tǒng)數(shù)控下料過(guò)程中材料過(guò)度浪費(fèi)

傳統(tǒng)數(shù)控下料切割方式是在鋼板初始點(diǎn)上直接預(yù)熱穿孔，再按照?qǐng)D形進(jìn)行切割（見(jiàn)圖1）。當(dāng)切割第二件料時(shí)，在二次起始點(diǎn)進(jìn)行二次預(yù)熱穿孔，然后切割，如此往復(fù)循環(huán)。按照傳統(tǒng)方式切割的缺點(diǎn)在于，矩形件，尤其是批量件，材料沒(méi)有得到充分利用，造成了不必要的浪費(fèi)。為更好地解決上述問(wèn)題，我公司結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備HC4200/4300火焰/等離子切割機(jī)控制系統(tǒng)，購(gòu)買了FastCAM共邊套料軟件，將傳統(tǒng)切割方式改進(jìn)為共邊切割方式（見(jiàn)圖2），即矩形零件由原來(lái)切割多條邊到現(xiàn)在只需切割三條邊甚至是兩條邊，并同時(shí)使用邊緣預(yù)熱切割的方式減少預(yù)熱穿孔（見(jiàn)圖3）。

1.2數(shù)控切割批量矩形有孔件

在軟件編程中，命令M07（預(yù)熱穿孔固定循環(huán)）為編程軟件默認(rèn)的穿孔命令，此命令在編程軟件中無(wú)法進(jìn)行修改、拆解。對(duì)于火焰切割來(lái)說(shuō)，鋼板預(yù)熱穿孔的時(shí)間與鋼板的厚度成正比，而編程軟件中命令M07無(wú)法控制不同厚度鋼板預(yù)熱穿孔的時(shí)間。但對(duì)于一般數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，命令M07均可以單獨(dú)設(shè)置預(yù)熱時(shí)間，預(yù)熱時(shí)間一旦被設(shè)定，同時(shí)也隨之被固定，直至再次設(shè)置命令M07時(shí)預(yù)熱時(shí)間才可以被調(diào)整。此種方式增加了操作者的工作量，同時(shí)阻斷了工作的連續(xù)性。

圖1　傳統(tǒng)切割方式

圖2　公共邊氣割方式

圖3　一次預(yù)熱穿孔后多次邊緣預(yù)熱

以火焰切割20mm厚的鋼板為例（見(jiàn)圖3）：圖3中（3件工件），第一處穿孔命令為M07，機(jī)床上預(yù)熱時(shí)間設(shè)定為80s；第二處及以后的穿孔命令仍為M07，但公共邊的切割方式使邊緣預(yù)熱代替預(yù)熱穿孔，且邊緣預(yù)熱的時(shí)間僅為5s。此時(shí)便可以更改機(jī)床上M07的預(yù)熱時(shí)間為5s，此種方式在批量矩形切割時(shí)只需兩次更改機(jī)床的命令。

對(duì)于圖4（3件工件），每件零件需要兩次穿孔，從第二件零件至以后零件的穿孔形式完全相同，即：除第一件零件的外框需要預(yù)熱穿孔，其余外框均改為邊緣預(yù)熱。因預(yù)熱穿孔與邊緣預(yù)熱同為命令M07，若均在機(jī)床上修改M07預(yù)熱時(shí)間，則需要對(duì)每次的預(yù)熱時(shí)間進(jìn)行修改。此種方式大大制約了工作效率，且隨著邊緣預(yù)熱時(shí)間的不同，批量矩形切割的質(zhì)量及其外觀也會(huì)存在差異，勢(shì)必促使取消公共邊切割。

針對(duì)命令M07存在的缺陷，為最大限度地降低操作者的工作量及提升工作的連貫性，我公司利用相對(duì)坐標(biāo)編程環(huán)境，對(duì)第二件圖形命令進(jìn)行了單獨(dú)提出、編輯，將其中邊緣預(yù)熱命令M07進(jìn)行分解、替換為：

（1）M71割槍降固定循環(huán)（受“控制”界面的時(shí)間控制）

（2）M24開(kāi)預(yù)熱氧閥開(kāi)關(guān)

G04 L5程序延時(shí)5s

（3）M70割槍上升固定循環(huán)（受“控制”界面的時(shí)間控制）

（4）M12開(kāi)切割氧閥開(kāi)關(guān)

（5）M71割槍降固定循環(huán)（受“控制”界面的時(shí)間控制）

經(jīng)過(guò)上述調(diào)整后，邊緣切割時(shí)間受程序命令控制，命令M07預(yù)熱穿孔時(shí)間則受機(jī)床時(shí)間控制，并以第二件零件程序?yàn)榧涎h(huán)，用于后續(xù)件程序的承接。如此分解、替換之后，編程得到優(yōu)化，大大降低了工作量，也極大地提升了工作的連貫性，同時(shí)也解決了批量矩形有孔的公共邊下料問(wèn)題（見(jiàn)圖5、6）。

1.3批量大孔件中被切割丟棄孔處鋼板的再利用

圖7（2件工件）為我公司生產(chǎn)的批量大孔零件，鋼板厚度為20mm。如圖7左側(cè)零件所示，每件均有5個(gè)148mm×188mm矩形孔。換言之，每個(gè)零件將有5個(gè)此種大小的鋼板被丟棄，對(duì)于生產(chǎn)批量件的企業(yè)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一項(xiàng)巨大浪費(fèi)。

為此，我公司根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，將設(shè)備中所需筋板、端板等批量小件進(jìn)行匯總，在不影響質(zhì)量的前提下進(jìn)行篩選、靠攏，將選出小件在此孔中一并切割出來(lái)。圖7左側(cè)矩形孔鋼板大小為148mm×188mm，除去預(yù)熱穿孔空間，理論上可切割成2件145mm×56mm的端板。經(jīng)過(guò)深思熟慮，為最大限度地利用被切割下來(lái)的矩形孔鋼板，我們將小件中較長(zhǎng)的直邊進(jìn)行共邊處理，實(shí)行捆綁式切割（見(jiàn)圖7右側(cè)），這樣在此孔內(nèi)即可以切割2件端板，又可減少1次預(yù)熱穿孔，同時(shí)省去一條長(zhǎng)邊的切割，使原本被浪費(fèi)的矩形孔鋼板得到充分利用。

在如圖7右側(cè)的切割方式中，軟件編程默認(rèn)先依次切割孔1至孔5中端板，而后依次切割孔1至孔5余下鋼板，最后將大工件切割下來(lái)。按照軟件編程，切割機(jī)將從孔1至孔5往返2次，每個(gè)孔內(nèi)預(yù)熱穿孔兩次。我公司從減少空程和預(yù)熱穿孔等方向出發(fā)，將孔1作為一個(gè)循環(huán)小體，圖7右側(cè)工件作為一個(gè)循環(huán)大體。小體的程序修改為預(yù)熱穿孔后切割捆綁式端板，而后直接切割掉孔1。即將5個(gè)小體應(yīng)用于相應(yīng)位置，最后將大工件切下。將大體串聯(lián)成整個(gè)鋼板程序，這樣就可以固定使用此程序。按照此種程序切割，使空程減少40%以上，預(yù)熱穿孔減少一半。

圖4　預(yù)熱穿孔與邊緣預(yù)熱交錯(cuò)出現(xiàn)

圖5　改進(jìn)前切割圖

圖6　改進(jìn)后切割圖

圖7　批量大孔零件

2　結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐表明，實(shí)施共邊切割方式后，公司鋼材利用率提高4%～6%，切割路徑減少15%～30%，預(yù)熱穿孔減少50%～70%，有效提高切割效率20%～30%，節(jié)省切割氧、電力、割嘴電極等耗材30%～40%。對(duì)于個(gè)別批量件進(jìn)行程序簡(jiǎn)化、固化，同時(shí)減少空程40%～70%。尤其是公司在組織SCLW4型和SCLW 6型步進(jìn)式冷卻機(jī)批量化生產(chǎn)過(guò)程中，效果非常明顯。

TG483文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1001-6171（2015）03-0043-02

通訊地址：徐州中材裝備重型有限公司，江蘇徐州221131；2014-09-26；編輯：孫娟