激光切割機(jī)取代大型平板繪圖儀可行性分析

　　選用大型平板繪圖儀的背景及存在的問題1.1前期選用大型平板繪圖儀的原因我廠木樣板、樣箱的傳統(tǒng)制作過程為。根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的已進(jìn)行了三向光順的肋骨線型圖和型值表由人工按1：1的比例繪制在型線放樣臺(tái)上，并標(biāo)注上結(jié)構(gòu)線、板縫線等相關(guān)線，再由木工根據(jù)型線放樣樣臺(tái)上的線型用樣條過到木板上，人工鋸出線型并制作出各種木制樣板和樣箱。其制作過程完全由人工操作，重復(fù)勞動(dòng)多，制造周期長，中間環(huán)節(jié)多，制作誤差較大，且容易出差錯(cuò)。這種傳統(tǒng)的加工方式耗費(fèi)了大量的人力物力，生產(chǎn)效率低，質(zhì)量也得不到保證。

　　計(jì)算機(jī)三維模型構(gòu)造方面我們有較強(qiáng)的實(shí)力，在船體線型光順，船體外板展開，船體結(jié)構(gòu)放樣下料，樣板、樣箱設(shè)計(jì)構(gòu)模，以及在某型艇上的三維技術(shù)應(yīng)用等方面的研究工作，均處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。

　　加快推廣計(jì)算機(jī)和數(shù)控加工設(shè)備的應(yīng)用是確保按時(shí)、高質(zhì)量地完成某型艇的建造任務(wù)，同時(shí)也是為了增強(qiáng)工廠面對(duì)市場競爭力的十分有效而重要的手段。因此，改變傳統(tǒng)的加工工藝，取消放樣樓，實(shí)現(xiàn)樣板、樣箱的加工依據(jù)取自計(jì)算機(jī)的三維模型，由計(jì)算機(jī)控制其終端設(shè)備直接繪出船體型線，這對(duì)減少人工放樣的中間環(huán)節(jié)，減少差錯(cuò)，加快造船周期是十分必要的。

　　將大型平板繪圖儀作為計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)信息的終端設(shè)備，由大型平板繪圖儀將計(jì)算機(jī)的圖形信息繪制在白紙上，在設(shè)計(jì)階段為設(shè)計(jì)人員提供正確性檢驗(yàn)依據(jù)，在生產(chǎn)階段為施工人員提供加工依據(jù)，這在其他船廠已有應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。相對(duì)于傳統(tǒng)加工方式而言，這種改變不能不說是——種進(jìn)步，這也就是工廠當(dāng)初為什么選用大型平板繪圖儀作為計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)信息終端設(shè)備方案的原因所在。

　　1.2選用大型平板繪圖儀存在的問題1大型平板繪圖儀由國外進(jìn)口，十分嬌氣，對(duì)環(huán)境條件要求高，極易出故障，大型平板繪圖儀是將計(jì)算機(jī)的圖形倍E繪制在白紙上，再將白圖應(yīng)用于設(shè)計(jì)和生產(chǎn)之中，白閣易撕破，受潮易起皺變形，不利于使用和保存。

　　大型平板繪圖儀雖有較高的精度，但在木制樣板、樣箱的制作過程中，是將白圖上的線型由人工剪出，再畫在木板上，然后由人工在木板上鋸出線型，其中間環(huán)節(jié)多，人工多次干涉導(dǎo)至積累誤差較大。

　　大型平板繪圖儀將計(jì)算機(jī)的圖形倍總繪制在白紙上，只能繪制二維圖，無法表達(dá)計(jì)算機(jī)的三維倍總。

　　大型平板繪圖儀用途單，利用率低。

　　基于上述原因，我們希望計(jì)算機(jī)的終端設(shè)備最好是將計(jì)算機(jī)的圖形倍總S接輸出到三維數(shù)控加工設(shè)名：上，即由計(jì)算機(jī)ES接控制三維控加工設(shè)備來切割木板和在木夾板上繪制船體線塑，這樣可減少中間環(huán)節(jié)，減少人工重復(fù)勞動(dòng)，提高產(chǎn)品的制造精度，加快制造周期。

　　數(shù)擰激光切割機(jī)是大型平板繪圖儀的瑯佳替代設(shè)備2.1對(duì)大型平板繪閣儀替代設(shè)備的選擇就切割木制樣板而言，通過向國內(nèi)主要木工加工設(shè)備廠商的了解，適合于切割曲線木板的木工加工設(shè)備有曲線鋸床、木工銑床、鏤銑加工中心以及激光切割機(jī)。曲線鋸床不能進(jìn)行數(shù)控，其鋸條在加工過程中易損壞，不適合加工大尺寸的工件，加工速度慢，切割質(zhì)量差。

　　木工銑床以及鏤銑加1：中心的加工速度較快，切割質(zhì)量好，可進(jìn)行數(shù)控，但均存在著切口寬，耗材大的問題，并且船廠適用的大型木工銑床以及鏤銑加工中心尚在研制之中，N前還不成熟，現(xiàn)有成熟型號(hào)的木工銑床以及鏤銑加工中心均不能加工我們所需耍的大尺寸工件。再者曲線鋸床、木工銑床以及鏤銑加工中心都沒有在木夾板上繪制船體線型圖的能力。因此，曲線鋸床、木工銑床以及鏤銑加工中心均不能滿足工廠的使用要求。

　　我們?cè)诠β蕿?000W的大型數(shù)控激光切割機(jī)上進(jìn)行了切割木板、合金鋼板、碳鋼薄板、+銹鋼薄板，以及在九夾板上繪制4800HP平臺(tái)供應(yīng)船酋部線型圖的試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，數(shù)控激光切割機(jī)+僅能滿足制作木樣板、樣筘和在木夾板上繪制船體線形的各項(xiàng)要求，還具W對(duì)碳鋼薄板、不銹鋼薄板進(jìn)行精密切割的功能。由此可知，數(shù)控激光切割機(jī)不僅可以取代火型平板繪閣儀，而且還具比大型肀板繪閣儀更為廣泛的用途。

　　數(shù)控激光切割機(jī)的切割原理、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍2.2.1數(shù)控激光切割機(jī)的切割原理激光經(jīng)聚焦形成很小的光點(diǎn)，使焦點(diǎn)處達(dá)到很高的功率密度，這時(shí)由光束所輸入的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過材料的反射、傳導(dǎo)或擴(kuò)散部分，材料很快被加熱至氣化溫度，蒸發(fā)形成孔洞，隨著光束與材料相對(duì)線性移動(dòng)，使孔洞連續(xù)形成很窄的切縫。

　　激光切割機(jī)通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，輸入加工圖紙信總，進(jìn)行各種信息處理，并快速自動(dòng)生成優(yōu)化的數(shù)控加工程序，實(shí)現(xiàn)激光切割機(jī)的各項(xiàng)控制功能。由圖紙信息到加工，中間可不需人工參與，其操作界而為Windows中文界面，可以很方便地對(duì)其進(jìn)行操作、管理、診斷和維護(hù)。

　　數(shù)控激光切割機(jī)的特點(diǎn)激光切割采用的是非接觸式加工法，適用于切割各種軟、硬、脆材料，無刀具磨損的問題，對(duì)加工件只需定位而不需夾緊、劃線等工序。通過有效地控制激光器輸出功率的方式和大小，可以很方便地切割金屬和非金屬材料，還可使之具有雕刻圖型文字的功能。

　　數(shù)控激光切割機(jī)的自動(dòng)化程度高，可切割任意形狀的工件，與排板軟件結(jié)合可整張板材排料，節(jié)省材料。激光切割技術(shù)作為“光、機(jī)、電體化”的高科技加工手段，是當(dāng)代板材加工的先進(jìn)的技術(shù)之，是柔性加工，敏捷制造技術(shù)的重要組成部分。激光切割具有柔性好、精度尚、速度快、割縫窄、熱影響區(qū)小等顯著特點(diǎn)，具有其他傳統(tǒng)加工方法所無法比擬的優(yōu)勢。

　　數(shù)控激光切割機(jī)的應(yīng)用范圍2.2.3.1數(shù)控激光切割機(jī)的應(yīng)用范圍極其廣泛，對(duì)金屬材料言，可切割碳鋼板、不銹鋼板、鈦鋼板、鋁板等高硬度、高熔點(diǎn)、高導(dǎo)熱型的材料；對(duì)非金屬材料而言，可切割木板、層壓板、木柄‘板、有機(jī)玻璃以及各種軟、脆材料，如陶瓷、皮革、石材等。

　　特是在切割不銹鋼薄板、碳鋼薄板方而，激光切割有著極其獨(dú)特的優(yōu)勢。

　　利用其雕刻功能，在木制九夾板上繪制船體型線圖，具有圖型文字精確美觀、不變形、易保管、可反復(fù)使用以及使用時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)；在木板上劃定位線，便于木樣板的裝配；在工件上打上標(biāo)記，可對(duì)工件的物理流動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)化管理。

　　利用其柔性好的特點(diǎn)，由計(jì)算機(jī)點(diǎn)接控制數(shù)控激光切割機(jī)來切割任意形狀的工件，無需人工劃線，減少了中間環(huán)節(jié)，可消除在這些環(huán)節(jié)中的人為錯(cuò)誤，加快造船周利用其切割精度高、切縫細(xì)小的特點(diǎn)，再與排板軟件相結(jié)合可進(jìn)行優(yōu)化排板，可對(duì)工件一次切割成功，無需留加工余量，切割質(zhì)量篼，節(jié)省材料。

　　2.2.3.5激光切割機(jī)加相應(yīng)的工裝可以切割管子。

　　2.2.3.6激光切割機(jī)裝上焊接頭噴嘴，就是一臺(tái)激光焊接機(jī)。

　　激光焊接熱量集中，焊件變形小。不銹鋼焊件焊縫缺陷檢測符合B4730-94（壓力容器無損檢測）RT類型中的I級(jí)（共分4個(gè)等級(jí)，I級(jí)為焊縫內(nèi)不允許裂紋、未溶合、未焊透和條狀?yuàn)A渣存在）；并按B4708-2000標(biāo)準(zhǔn)（鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定）進(jìn)行抗拉、抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)論合格。該設(shè)備引進(jìn)可以焊接金屬圍壁，解決困擾我廠薄板焊接部分變形問題。

　　2.3激光、等離子切割機(jī)切割成本測算對(duì)比分析激光切割機(jī)等離子切割機(jī)電消耗氣體消耗易損件消耗設(shè)備折舊合計(jì)表1激光切割機(jī)切割薄板無毛刺，等離子切割機(jī)切割薄板有毛刺。

　　應(yīng)用于數(shù)控激光切割機(jī)的接口軟件3.1三維設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)控激光切割的應(yīng)用軟件用數(shù)控激光切割機(jī)制備木樣板，這在國內(nèi)還是第一次。以往放樣工和木工根據(jù)加工和安裝的需要，依照放樣樓上的船體線型人工加工制作樣板、樣箱、裝配樣板及分段線型檢查樣板，現(xiàn)在這些工作絕大部份由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和數(shù)控激光切割機(jī)來完成。首先由設(shè)計(jì)人員在計(jì)算機(jī)上建立三維模型，再在計(jì)算機(jī)上轉(zhuǎn)換成二維的裝配圖，并生成相應(yīng)的零件圖和木板切割套料圖，根據(jù)套料圖轉(zhuǎn)換成激光機(jī)切割指令；由激光切割機(jī)切割成——個(gè)個(gè)木樣板段；木工根據(jù)裝配圖，將切割好的樣板零件裝配成樣板或樣箱。具體流程如下圖所示：由于取消了放樣樓，設(shè)計(jì)人員為對(duì)型線進(jìn)行三向光順（或由設(shè)計(jì)單位提供三向光順型值）需要使用光順軟件，需要型線查詢程序和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)查詢系統(tǒng)，還需要分區(qū)域繪制型線的程序。型線查詢程序和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)查詢系統(tǒng)具有防火墻的作用，既能方便查詢型線，又具有保密功能。具體流程如下圖所示：綜上所述，三維設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)控激光切割機(jī)的應(yīng)用軟件有：⑴樣板/樣箱建模程序⑵樣板數(shù)據(jù)計(jì)算及與套料程序的接口程序⑶樣板/樣箱裝配圖生成程序⑷樣板庫管理程序分區(qū)繪制型線圖程序及型線查詢程序木樣板套料切割程序3.2木樣板數(shù)控激光切割流程某型潛艇的木樣板的三維設(shè)計(jì)需在工作站上完成，木樣板套料切割程序需在微機(jī)上完成，兩者之間的數(shù)據(jù)傳遞由接口程序完成。木樣板套料切割程序轉(zhuǎn)換成激光切割指令后，傳遞到船體零件數(shù)據(jù)加工中心，再傳遞到激光切割機(jī)，具體流程如下圖所示：激光切割機(jī)具有打標(biāo)功能，需將打標(biāo)的內(nèi)容與切割的內(nèi)容區(qū)分開。圖上-根線，也可能是切割線，也可能是切割引線，也可能是空定線，也可能是打標(biāo)線，軟件編制人K應(yīng)將其區(qū)分開來。其程序組成如下圖所示。

　　太板奄料w序切割程序打標(biāo)程序應(yīng)用數(shù)控激光切割機(jī)加工木樣板/樣箱的工藝方案如何應(yīng)用數(shù)控激光切割機(jī)加工樣板、樣箱，我們?cè)诠に嚪蕉M(jìn)行了研究，：有專文論述。

　　激光切割機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)的確定5.1激光切割機(jī)的類型為H維數(shù)控高功率激光切割機(jī)，其激光器為電光轉(zhuǎn)換效率較高的軸快流式二氧化碳?xì)怏w激光器。

　　5.2由于激光切割機(jī)不僅用來切割木板，還需利用其雕刻功能繪制船舶的線型圖，因此建議激光切割機(jī)的功率為2000Wr可調(diào)），其最低穩(wěn)定功率應(yīng)小于60W. 5.3其加工范圍（長X寬）為8000X1800 5、4采用國際上先進(jìn)的“飛行”光路結(jié)構(gòu)，即工作臺(tái)不動(dòng)，激光切割頭移動(dòng)的方式?？爝M(jìn)速度為15~20m/min，最大切割速度為10m/min，機(jī)床主機(jī)采用橫梁移動(dòng)式或龍門移動(dòng)式。激光器與機(jī)床獨(dú)立，可使激光器免于震動(dòng)，確保激光穩(wěn)定。