導 語
隨著雷射技術的成熟和快速發展，其在多個行業領域已開始普及應用。而雷射切割技術也已從板材切割發展到了金屬管材切割。專業雷射切管機的誕生與應用，極大的提高了金屬管材的加工效率。本文主要分析專業雷射切管機的優勢，以及目前市場上主流專業雷射切管機的分類及特點，並展望專業雷射切管機的發展趨勢。
專業雷射切管機的優勢
雷射切管機的切割原理與平面雷射切割機並沒有多少差異，作為一種專用雷射切割機，雷射切管機主要針對標準金屬管材（圓管、矩形管、橢圓管等）、型材（槽鋼、角鋼等）和部分異形管材進行雷射切割，相較於傳統加工工藝，其優勢在於以下幾個方面：(1)切割精度高，輪廓精度能達到±0.05mm。(2)切口平整，無毛刺，割縫細，材料損耗少。(3)非接觸加工，且雷射切割的熱影響區很小，幾乎沒有變形。(4)切割效率高，可以實現批量生產。(5)柔性化好，採用專業的數控系統和套材編程軟體，可以隨時更改或更換產品。
由此可見，專業雷射切管機，可以替代機械鑽孔、銑削、鋸切、衝壓或清理毛口等需要不同金屬管材加工的設備和硬質工具的加工工序，實現了複雜管結構的下料切割、倒角、切槽或孔、刻痕以及其他可能的尺寸和形狀特徵的加工等等，可廣泛應用於鈑金加工、廚具、燈具、汽車、醫療器械、五金、健身器材等行業。
專業雷射切管機的分類及特點
隨著我國金屬管材產量和消費的迅速增長，雷射切管機設備正在我國迅速普及，目前市場上雷射切管機的種類繁多，按管材軸向進給方式大致可分為兩類。
定料切割型雷射切管機
這類雷射切管機只加工定長的管材，多用於加工軸線不變、截面變化的管材表面的輪廓，管材兩端無法加工，雖然定料切割型雷射切管機有很大的局限性且生產效率低，但因為它的專用性也佔有著不小的市場份額。圖1所示為定料切割型雷射切管機在燈杆和燈罩表面加工的裝飾圖案。
圖1 定料切割型雷射切管機加工的燈杆和燈罩
工作原理
如圖2所示，定料切割型雷射切管機由兩個夾持卡盤固定管材，卡盤繞管材軸線同步做旋轉運動，雷射頭做管材軸向和徑向的進給，進行切割。
圖2 工作原理圖
送料切割型雷射切管機
此類雷射切管機主要用於同軸線同截面管材的加工，不僅能夠在管材表面加工各種輪廓形狀，還能在工具機設計行程內，可根據管材零件設計長度進行切斷，相較於定料切割型雷射切管機，其靈活性和擴展性強，切割效率也更高，目前佔據了專業雷射切管機市場的絕大部分份額。
如圖3所示，送料切割型雷射切管機可以用於批量加工方管和圓管等標準金屬管材的各種輪廓，並進行割斷。
圖3 送料切割型雷射切管機加工的方管和圓管
工作原理
如圖4所示，由夾持卡盤夾持管材，支撐卡盤徑向固定管材，所有卡盤繞管材軸線同步做旋轉運動，夾持卡盤固定管材做軸向進給，雷射頭做管材徑向的進給，進行切割。
目前市場上送料切割型雷射切管機以兩卡盤為主，雖然性價比高，但其缺陷也很明顯。
圖4 工作原理圖
(1)切割精度穩定性差，對於零件過長或一些自身剛性差的管材，受重力變形加上卡盤旋轉離心力的作用，即使增加伺服託輥或仿形輪支撐，也很難保證切割精度的穩定性。(2)尾料，即使雷射頭能夠越過支撐卡盤切割，但卡盤夾持端仍然無法切割，造成管材浪費。
圖5 多卡盤型雷射切管機結構圖
針對這些缺陷，部分設備製造商以兩卡盤送料切割型雷射切管機為基礎，擴展設計出多卡盤型雷射切管機，如圖5所示。其中，(1)增加一組支撐卡盤，可以保證一定管長的管材幾乎不受重力變形和卡盤旋轉離心力的影響，能有效保證切割精度的穩定性，並且在工具機行程範圍內，零件切割長度也不受限制。(2)增加一組夾持卡盤做接料，在送料夾持卡盤處於極限位置時，接料夾持卡盤夾持管材做軸向進給運動，可以保證絕大部分管材零尾料切割。
上述設計雖然可以完全解決兩卡盤送料切割型雷射切管機的缺陷，但卡盤、伺服軸數以及數控系統等成本的增加，也解釋了目前多卡盤送料切割型雷射切管機沒有成為主流發展趨勢的原因。
專業雷射切管機的發展趨勢
高精度、高效率
未來管材需求量越來越大，加工要求也會越來越高，提高加工精度和生產效率是專業雷射切管機快速發展的必要因素。
模塊化
用戶的需求隨著時間推移會不斷的變化，模塊化設計可以及時根據用戶的要求增加或更換相關功能部件，滿足用戶需求，能達到雙方利益最大化。
自動化
目前已經有很多用戶配備了自動上、下料單元，自動化的發展可以有效的解放勞動力，緩解企業用工荒的問題。
智能化
隨著「工業4.0」理念的普及和5G技術的發展成熟，未來的雷射切管機一定會實現完全自動化，即集信息採集、下單、進料、上料、管材識別、測長、自動調用程序切割、下料、碼垛及出貨為一體，最終實現智能化。
崔凱
作者簡介：工程師，主要從事專業雷射割管機和機器人三維雷射切割機的機械設計工作，曾獲2015年度江蘇機械工業科技進步一等獎和2015年度揚州市科學技術進步一等獎，擁有3項發明專利。
——摘自《鈑金與製作》 2020年第9期