傅钟炜

（金华畅能机械有限公司，浙江 金华321000）

6 m左右的长钢管材料在生产加工中需要切割成定长［1-2］的短钢管材料，减少材料浪费是重点关注的内容。整个加工工艺流程主要包含平头、送料、切割、尾料处理和剩余料处理。有效地减少钢管平头距离［3-4］，合理分配尾料，减少剩余管料的长度，可以提高管材的利用率，降低材料消耗成本。

托辊行业常用的全自动切管机［5-8］送料方式是采用气缸或辊轮［9］将管材送至固定位置，由于原料偏差及惯性等因素，无法确定管材头部位置，只能通过预估，因此平头会有浪费产生；采用液压油缸夹紧［10］，通过伺服电机控制油缸定位进行定长送料，此方式无法及时检测到剩余料长，只能根据原材料的长短，提前计算好管材切割长度和数量，以及尾料的长度和数量，适用模式单一，中途停止切割或原料长度偏差较大时无法准确做出优化调整。

本文参考机械手抓取及送料方式，采用双吊夹送料模式，在前吊夹尾部安装对射开关，用于检测管材的头部，送料时，前夹装置对射感应到后，停止送料，通过伺服可以精确定位管材平头位置，并通过伺服电机控制前吊夹装置实现定长送料；在后吊夹尾部也安装对射开关检测管材，前吊夹不断送料，当料尾部穿过后夹装置对射开关时，即可确定剩余料长度，并据此作出正常加工及尾料处理的优化操作，减少材料的浪费。

1 主机结构

双吊夹切管机主机结构如图1所示。双吊夹切管机主机的主要构成部件有：机头箱、前夹装置、后夹装置、剩余料下料架、底座及其他。切割刀盘及内部夹紧装置在机头箱内部；前夹装置、后夹装置使用液压夹紧管材，通过伺服实现定长送料，尾部增加位置检测开关（前夹对射开关、后夹对射开关）；切割剩余的管料通过剩余料下料架自动掉出。

2 工艺流程

2.1 主机初始状态

主机初始工作状态如图2所示，前夹装置零点与后夹装置零点都以吊夹尾部为基准，前夹装置初始位置距前夹装置零点450 mm，后夹装置距后夹装置零点200 mm，加工管材通过托辊送料进入送料口，前夹装置对射感应时，停止托辊送料，由于惯性会使加工料头部超过前夹对射开关，后夹装置夹紧，此时送料由前后夹伺服电机来控制。

图1 双吊夹切管机主机结构示意

图2 主机初始工作状态示意

2.2 精准平头

平头的作用有：①去除钢管头部毛刺；②精准定位加工管材的头部，使钢管第一次定长送料时不产生偏差。精准平头动作流程为：伺服电机控制前夹装置慢速前进，前夹装置对射开关无感应时，表明管材头部在前夹装置对射开关位置，且无偏差，前夹装置再快速后退（后退距离为一个夹头的长度），前夹装置夹紧，后夹装置松开，前夹装置送到前夹零点位置，就可以将管材头部准确送至切割位置进行平头操作，平头距离可精确到±1 mm以内。平头工作流程如图3所示。

图3 平头工作流程示意

2.3 定长送料

平头完成后，就可以进行定长送料流程。定长送料流程为：后夹装置夹紧→前夹装置松开→前夹装置后退（后退长度为需要切割材料的长度）→前夹装置夹紧，后夹装置松开→前夹装置送料（送料长度为需要切割材料的长度）→内夹装置夹紧，后夹装置夹紧→切割→内夹装置松开，前夹装置松开→进入下一个循环。

定长送料动作重复进行，不再过多描述，采用伺服电机控制送料方式，也能满足送料精度要求。

2.4 尾料处理

一次次的定长送料，使管材长度不断减少，管材的尾部超过后夹装置对射开关时，就进入了尾料处理阶段，按正常定长送料方式会出现后夹装置无法完全夹紧管料，甚至夹持不到管料的情况，此时就需要配合内夹装置继续完成送料动作。

正常定长送料时，当管材尾部超过后夹装置对射开关瞬间，记录前夹装置伺服位置，可以计算出此时剩余管料的精准长度，其偏差不超过±1 mm。尾料处理流程如图4所示，流程如下：送料到位→内夹装置夹紧，前夹装置松开→前夹装置后退到固定位置（后退距离大于内夹装置与切刀的距离，保证下次送料可以送到内夹装置位置）→前夹装置夹紧→完成切割→内夹装置松开→前夹装置将管料送至内夹装置位置→内夹装置夹紧→前夹装置松开，前夹装置后退（后退长度通过计算得到，因前夹装置先将材料送至内夹位置夹紧，此时已送料距离为内夹装置与切刀的距离，还需要送料的长度，即前夹后退的距离=需要材料的长度-内夹与切刀的距离）→前夹装置夹紧，内夹装置松开→前夹装置送料→内夹装置夹紧→前夹装置松开→前夹装置后退至固定位置→进入下一个循环。

图4 尾料处理流程示意

2.5 剩余管料处理

根据后夹装置对射开关检测计算的剩余管料长度，减去尾料处理阶段对应的切割长度，剩余管料长度小于需要切割的管料长度时，已无法再切割，直接进入剩余管料处理阶段。剩余管料处理流程为：后夹装置回到零位→前夹装置夹紧→前夹装置后退，将料送至剩余管料下料架位置，前夹装置松开→剩余管料进入指定位置→完成整根管料的加工→进入下一个循环。剩余管料处理流程如图5所示。

图5 剩余管料处理流程示意

3 自动化控制

3.1 硬件原理及设计

双吊夹送料全自动切管机采用PLC+触摸屏实现对设备的控制，控制原理如图6所示，操作人员通过触摸屏发送指令给PLC，PLC控制继电器、变频器、伺服驱动器、送料电机等设备实现液压夹紧、钢管切割、前后夹装置送料等对应的动作，并根据对应感应开关反馈回来的信息控制相应的流程动作，随后通过PLC检测和计算判断下一步的动作，完成整套设备自动送料、切割、尾料处理和剩余管料处理的过程。

图6 设备控制原理示意

3.2 系统I/O分配

设备硬件统一使用三菱品牌，采用三菱FX5U系列PLC控制，使用脉冲控制伺服电机。输入/输出I/O分配见表1。

3.3 软件控制

各工序程序控制流程如图7所示，软件编程控制按照该流程进行设计，具体控制程序不再赘述。

4 结 语

目前，双吊夹送料模式在托辊行业的钢管全自动切管机中已开始应用，采用三菱PLC控制，双伺服电机送料既能保证送料速度，也能保证送料精度，同时通过数据自动计算和尾部检测料长度的方式，即使加工原材料长度有偏差，也能保证存在尾料和剩余料时的正常处理；实现了精准平头，平头废料长度控制在1 mm以内；精确定长送料，切割后料长精度在0.5 mm以内；自动分配尾料和剩余料的功能，剩余料长偏差不超过1 mm；可应用于Φ89～219 mm钢管的切割加工。

表1 系统输入/输出I/O分配

图7 各工序程序控制流程