一、引言

    我國鋼結構產(chǎn)品制作正處于高速發(fā)展期，越來(lái)越多的鋼構幕墻、海洋工程、造船、橋梁鐵塔、娛樂(lè )設施、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)和應用，被譽(yù)為21世紀的“綠色建筑”之一。但鋼結構產(chǎn)品在我國整個(gè)鋼構產(chǎn)品應用中所占比重不到 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構冷彎型材總量的50%以上，從高鐵車(chē)站、站臺到機場(chǎng)碼頭，從超大型展覽中心、會(huì )議中心、體育場(chǎng)館到居民住宅，異型管由于造型美觀(guān)新穎、結構、強度特性好等特點(diǎn)，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(dòng)倉儲貨架等等。近年來(lái)，在我國建筑、橋梁和倉儲運輸等行業(yè)的異型管結構應用也越來(lái)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有的數控圓管相貫線(xiàn)切割機切割加工的重要原因。

二、異型管數控切割的實(shí)現

    關(guān)于異型管切割加工，傳統加工手段多為鋸床、銑床或手工切割。鋸床或銑床切割加工一般只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的直切斷、斜切斷或簡(jiǎn)單式樣的銑削，無(wú)法完成復雜的相貫線(xiàn)端頭式樣切割，更無(wú)法完成異型管復雜式樣孔、洞的切割。隨著(zhù)異型管相貫結構的出現，復雜異型管相貫線(xiàn)輪廓的數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，單獨適應某一種異型管的數控切割機顯然不適用。目前國內鋼結構企業(yè)已經(jīng)積累了多年的鋼結構制作經(jīng)驗，許多企業(yè)已購買(mǎi)了數控圓管相貫線(xiàn)切割機，如果能夠利用現有數控圓管相貫線(xiàn)切割機完成異型管的切割加工，對鋼構企業(yè)來(lái)說(shuō)將是一個(gè)既經(jīng)濟又便捷的方法。下面是一些常見(jiàn)的椎管、多棱管、橢圓管結構：

三、實(shí)現異型管的切割

1、硬件實(shí)現

    下面是利用北京林克曼公司生產(chǎn)的LMGQ系列數控(6)軸或LMGQ-PRO數控(8)軸圓-矩形管組合式管相貫切割機（以下簡(jiǎn)稱(chēng)LMGQ）實(shí)現異型管切割的方法和步驟。LMGQ由六或八個(gè)數控軸組成，這首先具備了切割異型管的硬件條件。機床結構如下所示：

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    LMGQ數控軸分別為W、A、B、X、Y、Z、X1、W1軸，其中：X、X1、Y、Z軸為直線(xiàn)運動(dòng)軸，完成管件沿直線(xiàn)方向定位及切割；W 軸為移動(dòng)卡盤(pán)、W1軸為固定卡盤(pán)，使管件繞其中心線(xiàn)進(jìn)行旋轉；A軸為割炬的旋轉軸，用于切割管件在Y方向上的坡口；B 軸為割炬的旋轉軸，用于切割管件在X方向上的坡口。這些數控軸在LMGQ控制軟件的控制下，協(xié)調完成管件復雜曲線(xiàn)的切割。LMGQ切割機床還配有若干個(gè)輔助支撐，當切割管件較長(cháng)時(shí)，管件在遠離卡盤(pán)的一端會(huì )有所下垂，輔助支撐能夠支撐管件，保證管件相對水平，旋轉時(shí)始終是繞著(zhù)管件中心旋轉（注：6軸設備需增加X(jué)1和W1軸）。

    可采用的切割方式為等離子或火焰切割，大多數數控相貫切割機上都同時(shí)具有這兩種切割能力，可根據管件壁厚來(lái)選擇的切割方式。常見(jiàn)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(zhù)至關(guān)重要的作用。工裝可分為兩部分，一部分為機床廠(chǎng)家標配工裝（如：四爪卡盤(pán)，可完成圓管、矩形管、方管、H型鋼等）；另外一部分為客戶(hù)自制工裝（如：四爪卡盤(pán)轉換夾持工件裝置，可完成角鋼、槽鋼、異型管等等）?？ūP(pán)工裝的作用是使卡盤(pán)的卡爪能夠夾住異型管從而帶動(dòng)異型管的旋轉；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的繞卡盤(pán)中心也是管件中心線(xiàn)進(jìn)行旋轉?？ūP(pán)工裝和輔助支撐工裝可以采用一樣的結構思路，即將異型管轉換成圓管后使其旋轉。工裝結構雖然看似簡(jiǎn)單，但其裝夾異型管的效率將直接影響機床的整體效率，巧妙的工裝設計能夠大幅的提高切割加工速度。

2、軟件實(shí)現

    支持異型管數控切割分為編程和控制軟件，利用編程軟件完成異型管復雜曲線(xiàn)編程，并不占用機床時(shí)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雜曲線(xiàn)的功能，并可直接讀取編程軟件提供的機床代碼，并由此來(lái)控制機床各軸的運動(dòng)。因此，重點(diǎn)是看編程軟件如何完成異型管復雜曲線(xiàn)的編程。

    北京林克曼LMGQ系列管相貫線(xiàn)切割機隨機床提供的32位PIPE2002，或64位PIPE3000數控管相貫切割機輔助編程系統（以下:簡(jiǎn)稱(chēng)PIPE3000）。異型管編程拋棄了傳統參數化編程（即只能編特定的相貫式樣），采用三維節點(diǎn)展開(kāi)結合AUTOCAD,TEKLA等三維設計軟件完成編程工作。目前國內有近千家企業(yè)具有 PIPE3000的使用經(jīng)驗，軟件編程非常簡(jiǎn)單，只要利用已經(jīng)做好的三維結構設計圖，輕松點(diǎn)擊鼠標即可完成。舉例：

1) 運行PIPE3000，打開(kāi)三維節點(diǎn)展開(kāi)模塊；

2) AutoCAD或TEKLA中打開(kāi)建好的異型管三維結構設計模型。如下圖所示（橢圓管節點(diǎn)視圖）：

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3) 點(diǎn)擊PIPE3000 軟件工具選項中"異型管切割"的輪廓按鈕，即自動(dòng)可生成機床切割代碼，繼而打開(kāi)生成的機床代碼，顯示如下（展開(kāi)圖中提供異型管切割后端頭及長(cháng)度尺寸，起切點(diǎn)管徑、壁厚等數據）：

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3、異型管的切割加工實(shí)現

    將上面編程所生成的LMGQ系列切割機床代碼通過(guò)工廠(chǎng)內的局域網(wǎng)絡(luò )或者U盤(pán)傳遞到機床上就可以開(kāi)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(zhù)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(xiàn)切割機工裝改造后切割矩形管的工作狀況：

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四、結束語(yǔ)

    綜上所述，為適應不斷出現且日益新穎的異型管相貫結構，利用工廠(chǎng)現有的圓管相貫線(xiàn)切割機完成對異型管復雜端頭及管孔的數控切割，既可以替代手工切割獲取更好的切割效率及切割質(zhì)量，又可以利用現有資源，從而節約設備投入，對鋼結構制造企業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)不錯的選擇。

五、行業(yè)應用范例