澳大利亚FastCAM公司切割机器人解决方案

全球制造业都面临着用工荒，切割焊接产业情况更为严峻。

找切割、焊接和打磨焊接坡口的农民工难，找操作数控切割机，焊接专机和机器人的技工更难，找能够制定切割焊接工艺的工程师更是难上加难。解决制造业用工荒的出路在哪里？

机械换人，软件替人。

将切割焊接工艺写入软件，特别是把焊接机器人需要的焊接坡口工艺写入切割编程软件，通过切割机器人进行切割下料，一次切割完成零件坡口，直接可以用于焊接机器人焊接，免去二次切割或打磨焊接坡口。

FastCAM切割机器人解决方案就是切割机器人下料中心，即在一台切割机器人工作机上实现平板、管材和型钢切割下料。核心技术是开发具有焊接坡口工艺的平板、管材和型钢切割编程套料软件，开发六轴联动的切割机器人控制系统，实现平板、管材和型材在一台设备上的复合数控切割，研制高精度的切割机器人机械臂，实现焊接坡口的一次近净成型，免去二次打磨二次切割，切割的坡口零件可直接用于机器人焊接，实现机械换人。

FastCAM切割机器人系统的组成。

FastCAM切割机器人由三大部分组成，一是切割机器人机械臂，二是机器人控制系统，三是焊接坡口编程套料软件。

机械臂部分：自主设计研发，获得国家发明专利的切割机械臂，采用连杆结构、同心轴和关节并联设计，采用高精度无间隙行星机器人减速器，使用松下和安川大惯量伺服驱动器和马达，采用减速器和马达直连的方式，整体运动精度达到±0.2mm。

控制部分：自主研发的切割机械人控制器（控制系统）和自主研发的内置式等离子智能弧压调高系统，包括FastFNC平板坡口切割控制系统、FastPBC管子相贯线坡口切割系统和H型钢及球扁钢坡口切割控制系统。

软件部分：针对切割机器人切割平板、管材和型钢需要，开发了三组离线编程软件：

1. FastCAM 平板坡口编程套料软件，将平板坡口焊接工艺写入软件，直接实现平板坡口的离线编程、整板套料和数控切割。

2. FastPIPE/FRAME 管子相贯线和管架钢结构坡口切割软件，将中国CWS和美国AWS管子焊接工艺写入软件，实现管子焊接坡口的离线编程和一次成型切割。

3. FastBEAM 型钢切割编程套料软件，一次完成各种型钢切割的离线编程和数控切割。

FastCAM平板坡口切割解决方案

切割机器人平板坡口切割系统解决方案

系统构成：

1. 切割机器人专用机械臂

2. 高精度无间隙行星减速器

3. 坡口切割运动的光电限位

4. 坡口切割运动的机械限位

5. 机械臂专用调试工具一套

1.机械臂采用同心轴传动方式，不仅解决了连杆机构二个偏摆轴不同心问题，而且解决了无限或有限回转坡口机构的等离子电缆线缠绕问题，有效提高了坡口切割质量。

2.机械臂采用机器人高精度无间隙行星减速器，重复定位精度高，包括反向间隙在几个弧分。此外，机械臂全部采用数控机床加工，其整体运动精度在±0.20mm，保证了坡口切割精度。普通坡口切割机的运动精度在±2.00mm。

3.机械臂左右偏摆可以到达正负60度，前后偏摆可以到达正负45度，最大限度的满足美国AWS焊接工艺的切割标准，减少人工打磨量，提高用户的切割焊接生产效率。

4.机械臂配有专用的精度检具，便于用户和切割机厂的工程师快速简便的使用和检测割枪高度，确保切割质量。

内置式智能弧压调高系统

在平板垂直切割弧压检测的基础上，针对坡口切割，研发了智能弧压调高系统，自动采集弧压值，自动适应各种坡口类型、各种弧压要求，自动适应新旧喷嘴电极对弧压的影响，有效解决平板坡口切割中的弧压控制难题。无需人工介入干预，系统会自动完成弧压的采集和处理，自动控制坡口切割的高度。

配合FastCAM平板坡口编程套料软件，达到更合理的调高开关时机选择。采用PID算法配合伺服马达控制高度，调节速度更精细，避免断弧可能。

内置式智能弧压调高系统能适应市场上绝大多数高频高压或低频高压起弧的等离子电源，包括海宝、维克多、凯尔贝和伊萨等离子电源。

控制系统

数控系统采用双处理器结构,前台为工业级的PC104主板运行微软视窗系统,提供功能丰富,使用便搜索的用户界面;后台采用专用的运动控制数字处理芯片(DSP),对高速精密的轴运动和复杂的机器逻辑进行更为强大和紧贴切的控制,在处理速度,抗干扰能力，系统性能和系统稳定性上都有极大提高。

提供多达8轴的控制,可控制数字PWM,模拟伺服,步进电机等,具有包括PID调节,S曲线启停,前馈速度控制,龙门架双边驱动等高级控制功能。

平板坡口数控切割机使用FastFNC平板切割系统，配套FastCAM坡口版软件，实现了变坡口、内角坡口、外角坡口在拐角处无外切鼠耳等大难度的坡口切割，拐角更锋利，内角更平顺。

管子相贯线数控切割机使用FastPBC管子相贯线切割系统，配合FastPIPE/FRAME管子相贯线和管架钢结构软件，实现各种输送管道和管架钢结构工程的施工建设，特别是在海洋平台的管架钢结构建设中，满足美国AWS焊接工艺要求。

FastFNC平板坡口切割系统与FastPBC管子相贯线切割系统共享硬件，用户可以方便的在管板两种切割类型实现切换，根据定制机架的不同，可以用来生产管板两用的数控火焰等离子切割机。

控制系统本着简便快捷的用户体验精神，配合FastCAM坡口编程套料软件生成的切割代码，从代码中分析出切割面积，切割长度，坡口信息，拐角角度等，从而自动进行拐角加减速，圆弧减速，无鼠耳偏摆，内角提前偏摆等一系列切割工艺操作，大幅度降低操作繁琐度，配合智能弧压使用，真正使坡口切割成为现实，免去二次手工或机械打磨，直接可以使用机器人进行焊接。

FastCAM平板坡口编程套料软件

主要功能：

1. 焊接坡口编辑：FastCAM软件专门开发了焊接坡口编辑功能，把V、Y、X、K型坡口参数简单快捷地编辑在零件图上，自动生成带焊接坡口的CNC切割程序，再不需要手工编程；

2. 坡口割缝和速度补偿：FastCAM 软件在坡口编程中，专门针对上坡口和下坡口，根据坡口角度的变化增加了坡口割缝补偿功能；随着坡口角度的变化，自动调整和控制坡口切割速度；

3. 坡口拐角（LOOP）功能：FastCAM软件根据OEM厂家坡口切割机的结构特点，可自动增加外尖角或外圆角回转功能，解决电缆缠绕问题。

4. 坡口拐角直切功能：添加外尖角或外圆角，势必明显降低钢材利用率，FastCAM坡口软件可以在拐角处直接旋转切割，特别是在内角坡口切割时，可以直接旋转切割，不加Loop，有效提高切割效率和钢材利用率；

5. AutoCAD软件绘图编程：直接读入CAD软件的DWG/DXF零件图，然后在FastCAM软件的焊接坡口编辑器中，添加和编辑V、Y、K、X型坡口，从零件的不同方向观察和检验焊接坡口；

6. 坡口套料功能：FastCAM坡口套料软件可以对带坡口的零件和不带坡口的零件进行混合套料，自动计算坡口割缝补偿，自动生成坡口切割程序；

7. 无需额外软件培训：只要会使用FastCAM套料软件，就会使用FastCAM坡口套料软件。

FastPBC管子相贯线切割解决方案

管子相贯线切割机主体结构主要分为卡盘式和摩擦盘式。卡盘式结构简单经济实用；摩擦盘式结构稳固，适于大批量切割生产，且管子摆动小，切割质量好，上下料方便。

管子相贯线切割机根据坡口切割功能分为二类，一类是不切割坡口的管子相贯线切割机，适于薄壁管切割。另一类是切割坡口的管子相贯线切割机，适于中厚壁管切割。切割管子坡口的机构目前采用四连杆机构，主要问题是二个坡口偏摆轴不同心，切割管子坡口时导致相贯线不对称，不能与其他管子很好地贴合，严重影响管子的组焊和焊接质量。

FastPBC管子坡口切割解决方案：

FastCAM提供自主研发，享有国家发明专利的切割机器人系统，包括三个组成部分，一、切割专用机械臂，二、五轴联动机器人数控系统，三、管子相贯线离线编程切割软件。

核心技术：

1、切割专用机器人机械臂：采用同心轴设计，解决普通四连杆机构二个偏摆轴不同心问题；采用机器人专用的高精度无间隙减速机和数控加工中心加工，使机械臂机构的运动精度提高到±0.2mm，确保了坡口切割的质量和精度。

2、五轴联动数控系统：根据中国和美国AWS焊接工艺CJP/PJP切割要求，FastPBC管子相贯线控制系统开发引入线和拐角渐进光滑预处理功能，确保良好的坡口和引入点切割质量。具有先进的拐角速度衔接功能，可以切割出角坡口。

3、 FastPIPE/FRAME离线编程切割软件：核心技术是管子焊接坡口切割工艺。直接把中国和美国AWS管子焊接工艺（全熔透焊CJP/半熔透焊PJP）写入软件，不仅可以切割出简单的定点坡口和定角坡口（焊接前还需要打磨），而且可以切割出满足AWS焊接工艺要求的CJP/PJP焊接坡口，无需打磨，直接焊接，特别是采用焊接机器人进行焊接。

FastPBC五轴相贯线数控系统

1．一体化工作站，薄膜按键

2．17寸TFT LCD，触摸屏

3．低功耗板载CPU，1G内存

4．4xUSB，网络接口，60G SSD硬盘

5．WINDOWS XP操作系统

6．三维轨迹图形显示、原轨迹返回、前进

7．显存容量：动态共享达64M

8．轴位置控制器：采用八轴运动控制和标准接线端子板

9．操作系统：中英文 Windows XP

FastFRAME管子相贯线坡口切割软件介绍

管子相贯线数控切割软件由四个部分组成。

第一部分是FastPIPE输送管道切割软件，专门用于各类输送管道的计算展开和切割，由10个模块组成；

第二部分是FastFRAME平面管架切割软件，专门用于平面管架的计算和切割，由6个平面管架模块组成；

第三部分是FastFRAME空间支管切割软件，专门用于支管与主管相交相贯的计算和切割，由6个模块组成。

第四部分是FastFRAME管架钢结构整体切割制造软件，专门用于管架钢结构的整体计算和批量切割。

以上四个组成部分涵盖了石油化工管道、锅炉压力容器、管架钢结构和海工平台等工程建设和产品制造中的管子相贯线计算展开和坡口切割，支持各种管子相贯线切割机，从简单的不切坡口的管子相贯线切割机到全坡口管子相贯线切割机，都带有中国和美国AWS管子焊接工艺，可以切割定角、定点坡口和CJP/PJP焊接坡口。

第一部分：FastPIPE输送管道切割制造模块

输送管道的特点是在管道内部通过压力输送油、气、水等物质，因此，内部需要承压，主管和支管多为厚壁管，都要切割，然后再焊接起来。坡口切割与焊接工艺要求比较严格，一般采用骑坐式或插入式的坡口切割，要求主管与支管之间保持有40度左右的均匀连续变化的坡口形状，以便满足焊接工艺要求和自动焊接生产方式。以骑坐式焊接为例，坡口切割主要是在支管上现成连续变化的坡口边缘，主管坡口是垂直管壁切割，而插入式焊接，坡口切割主要是在主管上切割出连续变化的坡口边缘，支管坡口是与主管内壁平滑相交，简单采用单向坡口或定角坡口切割不能满足焊接工艺的要求。

输送管道的应用领域主要集中在石油化工、天然气、锅炉压力容器、水利电力、城市基础建设等行业。包括长输管道，公用管道，工业管道等。

第二部分：FastFRAME平面管架切割模块

管架钢结构主要应用领域集中在建筑钢结构，包括海洋平台、体育场馆、机场、火车站、厂房、避雷塔等公共设施建设和工程机械等的建设和制造。而平面管架结构又是空间三维管架钢结构中最为简单，容易制造，因而应用也最为广泛的钢结构形式，其中包括了国际上著名的普拉特桁架、华伦式桁架、塔型桁架、及其演变发展的其他平面桁架类型。平面管架制造模块做到简单输入几何尺寸，快速生成切割程序，所有支管的坡口数据是在FastFRAME程序中，根据焊接工艺或AWS焊接标准自动计算生成，支持四轴联动全坡口相贯线切割。

第三部分：FastFRAME支管相贯线坡口切割模块

目前，钢结构企业一般都在使用AutoCAD、X-Stell、Tekla 等钢结构设计软件，支管相贯线坡口切割软件专门为这类用户开发了6个切割模块，上述软件打印输出的支管图纸都可以切割，包括从一根支管与二根主管相交相贯，到一根支管与二根主管和四根支管同时相交相贯。根据钢结构设计软件打印出的支管加工图纸，在FastFRAME软件支管模块中直接输入图纸上的数据，就可以自动生成支管与主管的焊接结构，然后在FastFRAME软件中检查校验支管二端与主管的焊接结构和支管的展开图，自动生成支管的数控切割程序。

第四部分：FastFRAME管架钢结构整体切割软件

管架钢结构由于建筑设计美观、结构简单、施工容易，再加上重量轻，有效节省钢材，被得到广泛应用。管架钢结构主管不切，只切支管，然后将支管与主管焊接在一起。管架钢结构的特点是多管相交，管管相贯，整个结构是一个整体，使用钢结构设计软件，进行整体设计计算，提供DXF/DWG/DSTV工程图。

支管切割要根据焊接工艺和AWS焊接标准，切割出均匀连续变化的CJP/PJP焊接坡口，以保证焊接质量。不能采用单节点或定角坡口切割，或是按支管节点逐一计算，计算和切割工作繁杂，焊接质量难保。

FastFRAME管架钢结构制造软件是直接导入DXF/DWG建筑设计图，选择焊接工艺，组装工艺，自动检查节点坐标，自动计算和显示整体管架各节点的焊接结构，自动批量生成支管切割程序。避免大量打印支管图纸，避免逐个支管单独输入和切割，有效缩短切割工艺和图纸准备时间，有效提高切割生产效率。

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