导 语

  随着激光技术的成熟和快速发展，其在多个行业领域已开始普及应用。而激光切割技术也已从板材切割发展到了金属管材切割。专业激光切管机的诞生与应用，极大的提高了金属管材的加工效率。本文主要分析专业激光切管机的优势，以及目前市场上主流专业激光切管机的分类及特点，并展望专业激光切管机的发展趋势。

  专业激光切管机的优势

  激光切管机的切割原理与平面激光切割机并没有多少差异，作为一种专用激光切割机，激光切管机主要针对标准金属管材（圆管、矩形管、椭圆管等）、型材（槽钢、角钢等）和部分异形管材进行激光切割，相较于传统加工工艺，其优势在于以下几个方面：(1)切割精度高，轮廓精度能达到±0.05mm。(2)切口平整，无毛刺，割缝细，材料损耗少。(3)非接触加工，且激光切割的热影响区很小，几乎没有变形。(4)切割效率高，可以实现批量生产。(5)柔性化好，采用专业的数控系统和套材编程软件，可以随时更改或更换产品。

  由此可见，专业激光切管机，可以替代机械钻孔、铣削、锯切、冲压或清理毛口等需要不同金属管材加工的设备和硬质工具的加工工序，实现了复杂管结构的下料切割、倒角、切槽或孔、刻痕以及其他可能的尺寸和形状特征的加工等等，可广泛应用于钣金加工、厨具、灯具、汽车、医疗器械、五金、健身器材等行业。

  专业激光切管机的分类及特点

  随着我国金属管材产量和消费的迅速增长，激光切管机设备正在我国迅速普及，目前市场上激光切管机的种类繁多，按管材轴向进给方式大致可分为两类。

  定料切割型激光切管机

  这类激光切管机只加工定长的管材，多用于加工轴线不变、截面变化的管材表面的轮廓，管材两端无法加工，虽然定料切割型激光切管机有很大的局限性且生产效率低，但因为它的专用性也占有着不小的市场份额。图1所示为定料切割型激光切管机在灯杆和灯罩表面加工的装饰图案。

  图1 定料切割型激光切管机加工的灯杆和灯罩

  工作原理

  如图2所示，定料切割型激光切管机由两个夹持卡盘固定管材，卡盘绕管材轴线同步做旋转运动，激光头做管材轴向和径向的进给，进行切割。

  图2 工作原理图

  送料切割型激光切管机

  此类激光切管机主要用于同轴线同截面管材的加工，不仅能够在管材表面加工各种轮廓形状，还能在机床设计行程内，可根据管材零件设计长度进行切断，相较于定料切割型激光切管机，其灵活性和扩展性强，切割效率也更高，目前占据了专业激光切管机市场的绝大部分份额。

  如图3所示，送料切割型激光切管机可以用于批量加工方管和圆管等标准金属管材的各种轮廓，并进行割断。

  图3 送料切割型激光切管机加工的方管和圆管

  工作原理

  如图4所示，由夹持卡盘夹持管材，支撑卡盘径向固定管材，所有卡盘绕管材轴线同步做旋转运动，夹持卡盘固定管材做轴向进给，激光头做管材径向的进给，进行切割。

  目前市场上送料切割型激光切管机以两卡盘为主，虽然性价比高，但其缺陷也很明显。

  图4 工作原理图

  (1)切割精度稳定性差，对于零件过长或一些自身刚性差的管材，受重力变形加上卡盘旋转离心力的作用，即使增加伺服托辊或仿形轮支撑，也很难保证切割精度的稳定性。(2)尾料，即使激光头能够越过支撑卡盘切割，但卡盘夹持端仍然无法切割，造成管材浪费。

  图5 多卡盘型激光切管机结构图

  针对这些缺陷，部分设备制造商以两卡盘送料切割型激光切管机为基础，扩展设计出多卡盘型激光切管机，如图5所示。其中，(1)增加一组支撑卡盘，可以保证一定管长的管材几乎不受重力变形和卡盘旋转离心力的影响，能有效保证切割精度的稳定性，并且在机床行程范围内，零件切割长度也不受限制。(2)增加一组夹持卡盘做接料，在送料夹持卡盘处于极限位置时，接料夹持卡盘夹持管材做轴向进给运动，可以保证绝大部分管材零尾料切割。

  上述设计虽然可以完全解决两卡盘送料切割型激光切管机的缺陷，但卡盘、伺服轴数以及数控系统等成本的增加，也解释了目前多卡盘送料切割型激光切管机没有成为主流发展趋势的原因。

  专业激光切管机的发展趋势 高精度、高效率

  未来管材需求量越来越大，加工要求也会越来越高，提高加工精度和生产效率是专业激光切管机快速发展的必要因素。

  模块化

  用户的需求随着时间推移会不断的变化，模块化设计可以及时根据用户的要求增加或更换相关功能部件，满足用户需求，能达到双方利益最大化。

  自动化

  目前已经有很多用户配备了自动上、下料单元，自动化的发展可以有效的解放劳动力，缓解企业用工荒的问题。

  智能化

  随着“工业4.0”理念的普及和5G技术的发展成熟，未来的激光切管机一定会实现完全自动化，即集信息采集、下单、进料、上料、管材识别、测长、自动调用程序切割、下料、码垛及出货为一体，最终实现智能化。

  崔凯

  作者简介：工程师，主要从事专业激光割管机和机器人三维激光切割机的机械设计工作，曾获2015年度江苏机械工业科技进步一等奖和2015年度扬州市科学技术进步一等奖，拥有3项发明专利。

  ——摘自《钣金与制作》 2020年第9期