一、引言

    我国钢结构产品制作正处于高速发展期，越来越多的钢构幕墙、海洋工程、造船、桥梁铁塔、娱乐设施、物流仓储、煤矿机械和工程机械等行业的钢材环保、循环使用要求不断提升，便于工业化生产和应用，被誉为21世纪的“绿色建筑”之一。但钢结构产品在我国整个钢构产品应用中所占比重不到 5%，而发达国家已达到50%以上。在我国生产、建造项目用钢中，以H-型钢、圆管为主，而在发达国家，不同行业的异型管用量占钢结构冷弯型材总量的50%以上，从高铁车站、站台到机场码头，从超大型展览中心、会议中心、体育场馆到居民住宅，异型管由于造型美观新颖、结构、强度特性好等特点，被广泛用作网架、管桁架、檩条、钢架、龙骨、乃至容器、管道、移动仓储货架等等。近年来，在我国建筑、桥梁和仓储运输等行业的异型管结构应用也越来越普遍，其中矩形管、椎管、多棱管、椭圆管zui多，然而异型管的切割加工手段却相对滞后，这也是本文探讨异型管采用现有的数控圆管相贯线切割机切割加工的重要原因。

二、异型管数控切割的实现

    关于异型管切割加工，传统加工手段多为锯床、铣床或手工切割。锯床或铣床切割加工一般只能进行简单的直切断、斜切断或简单式样的铣削，无法完成复杂的相贯线端头式样切割，更无法完成异型管复杂式样孔、洞的切割。随着异型管相贯结构的出现，复杂异型管相贯线轮廓的数控切割显得非常重要。异型管截面多样，有圆、椭圆、三角、六角、菱、八角、椎管和半圆形等异型管型，单独适应某一种异型管的数控切割机显然不适用。目前国内钢结构企业已经积累了多年的钢结构制作经验，许多企业已购买了数控圆管相贯线切割机，如果能够利用现有数控圆管相贯线切割机完成异型管的切割加工，对钢构企业来说将是一个既经济又便捷的方法。下面是一些常见的椎管、多棱管、椭圆管结构：

三、实现异型管的切割

1、硬件实现

    下面是利用北京林克曼公司生产的LMGQ系列数控(6)轴或LMGQ-PRO数控(8)轴圆-矩形管组合式管相贯切割机（以下简称LMGQ）实现异型管切割的方法和步骤。LMGQ由六或八个数控轴组成，这首先具备了切割异型管的硬件条件。机床结构如下所示：

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    LMGQ数控轴分别为W、A、B、X、Y、Z、X1、W1轴，其中：X、X1、Y、Z轴为直线运动轴，完成管件沿直线方向定位及切割；W 轴为移动卡盘、W1轴为固定卡盘，使管件绕其中心线进行旋转；A轴为割炬的旋转轴，用于切割管件在Y方向上的坡口；B 轴为割炬的旋转轴，用于切割管件在X方向上的坡口。这些数控轴在LMGQ控制软件的控制下，协调完成管件复杂曲线的切割。LMGQ切割机床还配有若干个辅助支撑，当切割管件较长时，管件在远离卡盘的一端会有所下垂，辅助支撑能够支撑管件，保证管件相对水平，旋转时始终是绕着管件中心旋转（注：6轴设备需增加X1和W1轴）。

    可采用的切割方式为等离子或火焰切割，大多数数控相贯切割机上都同时具有这两种切割能力，可根据管件壁厚来选择的切割方式。常见的异型管的壁厚多为0.6mm~30mm，采用大功率精细等离子切割可以获得更高的切割速度和切割质量。

    在具备了上述机床条件后，工装在异型管切割中起着至关重要的作用。工装可分为两部分，一部分为机床厂家标配工装（如：四爪卡盘，可完成圆管、矩形管、方管、H型钢等）；另外一部分为客户自制工装（如：四爪卡盘转换夹持工件装置，可完成角钢、槽钢、异型管等等）。卡盘工装的作用是使卡盘的卡爪能够夹住异型管从而带动异型管的旋转；辅助支撑工装的作用是支撑异型管并保证异型管能够连续的绕卡盘中心也是管件中心线进行旋转。卡盘工装和辅助支撑工装可以采用一样的结构思路，即将异型管转换成圆管后使其旋转。工装结构虽然看似简单，但其装夹异型管的效率将直接影响机床的整体效率，巧妙的工装设计能够大幅的提高切割加工速度。

2、软件实现

    支持异型管数控切割分为编程和控制软件，利用编程软件完成异型管复杂曲线编程，并不占用机床时间，大幅提高机床的使用效率并且便于管理。由于LMGQ控制软件本身具有切割三维空间任意复杂曲线的功能，并可直接读取编程软件提供的机床代码，并由此来控制机床各轴的运动。因此，重点是看编程软件如何完成异型管复杂曲线的编程。

    北京林克曼LMGQ系列管相贯线切割机随机床提供的32位PIPE2002，或64位PIPE3000数控管相贯切割机辅助编程系统（以下:简称PIPE3000）。异型管编程抛弃了传统参数化编程（即只能编特定的相贯式样），采用三维节点展开结合AUTOCAD,TEKLA等三维设计软件完成编程工作。目前国内有近千家企业具有 PIPE3000的使用经验，软件编程非常简单，只要利用已经做好的三维结构设计图，轻松点击鼠标即可完成。举例：

1) 运行PIPE3000，打开三维节点展开模块；

2) AutoCAD或TEKLA中打开建好的异型管三维结构设计模型。如下图所示（椭圆管节点视图）：

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3) 点击PIPE3000 软件工具选项中"异型管切割"的轮廓按钮，即自动可生成机床切割代码，继而打开生成的机床代码，显示如下（展开图中提供异型管切割后端头及长度尺寸，起切点管径、壁厚等数据）：

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3、异型管的切割加工实现

    将上面编程所生成的LMGQ系列切割机床代码通过工厂内的局域网络或者U盘传递到机床上就可以开始切割加工了。由于异型管的装夹精度、切割前的摆放状态都直接决定着异型管的切割加工精度，为此，加工前还需特别关注上述内容和严格按照初始视图的位置完成异型管的摆放。下图是LMGQ系列管相贯线切割机工装改造后切割矩形管的工作状况：

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四、结束语

    综上所述，为适应不断出现且日益新颖的异型管相贯结构，利用工厂现有的圆管相贯线切割机完成对异型管复杂端头及管孔的数控切割，既可以替代手工切割获取更好的切割效率及切割质量，又可以利用现有资源，从而节约设备投入，对钢结构制造企业来说是一个不错的选择。

五、行业应用范例