CN105246635B - 用于使用龙门式板材切割机来处理包括通用梁的所有长钢材的等离子体机器的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种在包括龙门、切割床身和保持切割炬的龙门的数控机器上处理长材的方法，包括在利用切割炬切割在切割床身上静止的长材的同时，在长材上方移动龙门以对长材进行处理的步骤。切割炬能相对于定义所述长材尺寸的任意坐标系统在至少X方向、Y方向及Z方向中移动。

Description

用于使用龙门式板材切割机来处理包括通用梁的所有长钢材 的等离子体机器的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年2月15日提交的美国专利申请号61/765,553的优先权，其公开内容通过参考方式并入本文。

技术领域

本申请涉及板材切割领域，更具体地，涉及处理用于钢材构造的长钢材领域。

背景技术

长材的实例以剖面形式显示在图2中，并且，其包括多种形状，从传统的I型梁(210)到槽型(215)、等角型(220)、不等角型(230)、轧制空心截面型(RHS，240)、扁平型(250)、T型等。每种长材也可包括其许多变形。长材的处理通常包括锯切和钻孔。管材260和轧制空心截面型240可利用等离子体机器处理。为了便于说明，以下对本系统和方法的描述将主要关于梁的处理，但本领域的普通技术人员在阅读并理解本申请后，可理解本系统和方法也适用于其他长材。

在梁的处理中，可在钻孔的之前或之后使用圆锯或带锯对梁进行切割。还可使用大型转孔机钻出螺孔，稍后可能需要其用于结构的组装。通常，在处理过的梁中钻孔是便宜的，因此许多传统系统对钻孔机使用手动定位。在这种传统过程中，根据印刷图纸进行工作的熟练布局技工首先要花费约一个多小时的技工时间对所有的钻孔位置进行标记。之后再进行钻孔和切割。多种专用钻孔机和锯子可用于钻孔和切割。专用钻孔机的变形包括但不限于，“梁生产线(beam line)”钻孔机，“角生产线(angle line)”、具有钻头的“板生产线(plate line)”，“扁平条烧制器(flat bar burner)”。这种机器的附加处理流程可包括：氧气割炬(torch)“模切(coper)”成形末端，标记机指示沿梁的点，以及使用“硬盖戳机(hardstamper)”将刻字深深地冲压进钢材中以对梁进行识别。传统的锯子的尺寸、价格及能力可以变化。有些锯子只能直角地切割，但其他锯子能以一定角度切割，称为“斜切(mitre)”，其对以角度切换的木材、塑料或其他材料具有相同的含义。该锯子通常只能从直角切割的一个方向中斜切，因此需要谨慎地定位梁。在下文的讨论中，本发明的系统和方法能通过消除标记梁及长材所需的时间和资源、在钻孔机和锯子之间切换所需要的过量处理时间及纠正人工误差所花费的巨大成本，有利地实现显著的生产力提高。在错误位置的一个钻孔或上下颠倒的斜切会使昂贵的梁变成废品。

用于切割及钻孔的最大最昂贵的传统自动机器是梁生产线。这种机器一般以生产线方式，在升高的辊式传送带上围绕工厂移动梁，并且随后馈送梁到钻孔机，并且随后到锯子中。这种工厂覆盖很大面积，且通常仅用于为大型钢结构进行大体积的重复切割。

如图2所示的长材的可能的截面数量导致存在来自相对有限数量的国际制造商如Peddinghaus、Wagner、Fichep、Daito等的一系列不同且通常互不兼容的专用自动机器。较便宜的机器通常只能处理一种截面类型，如角生产线220、230或用于部分250的扁平条烧制器。而对梁进行处理所需要的机器的成本可能还会受到梁的尺寸的影响，因此以上所述的机器还可能具有不同的尺寸及不同的价格和能力。

除了1970年代初数控(NC)技术的出现以外，本领域技术在20世纪只有很小的变化。而通常并没有普遍接受的或标准的NC编程语言，并且每个机器与另一个机器不同，即使当这种机器来自一个制造时。例如已知独立的梁生产线具有多达12个独立的可编程轴，并且钻孔机、止动件、夹具、探头的物理布局的变化无穷，这使NC编程尤其繁杂。

与此同时，对于更多功能的需求在增长，并且更多的处理功能被加入机器，其实质上变成为强大的多轴钻孔机。等离子体或氧气割炬被加入钻孔机以用于模切、穿透、梁分割及其他应用。然而，每个增加的功能会带来其各自的实际问题，且每个功能从一个机器到另一个机器通常以不同的方式实现，这增加了原本已十分困难的编程的复杂度，并且超出了本领域内一般技术人员的能力范围。

大部分自动化机器(除带锯及冷锯之外)主要为非常大型的钻孔站，而许多这种机器还进一步包括复杂系统以集成产品处理，包括液压器、止动件、探头以及在左、右和上方的三个主方向上的钻孔机集合。这些附加的复杂系统相应给机器编程增加了更复杂的排序问题。虽然这些专用机器的最终生产率一般对于高度重复的多层建筑中的大体积而言足以证明该机器的非常高的价格是合理的，但是许多公司和国家仍无法负担操作这种机器的费用和资源。这种机器在世界各地的生产数量很低，可能只有一些最大型的机器位于人口超过百万的城市中。

此外，鉴于功能和布局的变化大，所以每个大型机器都需要唯一的编程软件以匹配其功能。但是这种软件通常只具有很短的寿命。虽然已知机器自身由于它们机器沉重的构造而具有以十年为单位来测量的实际服务寿命，但是，已知用于操作这种机器的软件很快就不再受支持，尤其是飞速变化的计算机时代。到目前这个软件问题仍未得到改善，而在建筑结构界梁处理的广泛自动化中该领域也未见改进。

除了上述手工钻孔和梁生产线以外，已知在梁处理中偶尔使用冲压机器。冲压机器可用创建螺孔，但被冲压变形的梁区域需要额外的人工资源对形变进行铰除和处理。

该领域内一个最近的变化是建立标准描述语言对长材进行描述，该语言于1998年由德国DSTV委员会得出，也被称为DSTV(STANDARD DESCRIPTION FOR STEEL STRUCTUREPIECES FOR NUMERICAL CONTROLS，数控用钢结构件标准描述)。2007年公布了进一步的标准，该标准将计算机格式改为较新的XML格式，并得出描述长材的至少一种参考语言。该语言也包括用于需要的地方的焊接制备的简单倒角，并且可用于描述部分长材。然而该标准描述的建立本身并不能解决基本应用的编程问题，因为这些新的DSTV文件是仅通过用于设计整个建筑物的昂贵的大型CAD系统创建的。

直到2005年为止，由于对烧孔周围热效应区的关注，火焰切割机未被用于处理螺孔。火焰切割机影响所切割的梁的冶金，并且已知火焰切割机与现代等离子体切割相比，对材料的穿透速度非常缓慢，即几分钟与几秒的差别。因此，钻孔仍是必需的。钻孔机利用大的重量施加大的力，因此这种钻的操作需要坚固、巨大、沉重和昂贵的机器。梁自身可能也非常沉重，通常重达数吨。为了证明该成本是合理的，必须实现生产率的极大提高，而为此，需要自动输送系统以及大型厂房。只有极少数人能负担这种自动化。世界范围内这种机器数量都非常少，而对编程必需的支持软件很快变得过时和不受支持。在一些传统应用中，已知本领域的专业技术人员将梁数据直接手工输入自动化钻孔机器中。但是本领域普通技术人员并不具有对不同的机器进行手工输入的能力。

2005年，美国钢结构设计协会AISC规范第M2.5节宣布，除等离子体割孔外，还批准使用等离子体和火焰切割处理螺孔，这是等离子体技术发展的直接结果。例如，等离子体孔的倾斜已降至4度以下，而改进的光滑度也实际优于标准的最小要求。而且，创建可接受的孔所需时间是以秒而不像非传统钻孔方式处理时间以分钟测量的。利用计算机控制，可快速制造包括圆形螺孔在内的几乎任何尺寸形状的孔。尽管这种等离子体/火焰切割已经开始取代手工钻孔，但一些具有严格孔尺寸和形状的结构仍需使用传统方式钻的孔。这种结构包括，但不限于，诸如塔和桥等连续地弯曲的结构。

已经至少有一家公司开始着手生产使用等离子体处理螺孔的机器。这些机器的外观和工作方式与传统的梁生产线概念十分相近，其中通过工作单元在生产线或辊中输送梁，并且完全利用使用等离子体割炬处理梁。一个这种实例是Burlington Automation的“Python-X”。Python-X利用普通商业工业用6轴机器人臂保持现代标准高精度260安等离子体割炬，该割炬可执行以前由不同工具执行的许多功能。Python-X可取代多达七种独立的机器，而它的单个等离子体割炬可制造多种直径的孔，同时还能锯、硬盖戳、标记线条、切割小附件、处理斜面以及焊接坡口。根据容易得到的Python-X的宣传材料，Python-X使用典型梁生产线钻孔机和锯子的占地面积的百分之二十，需要其处理时间的百分二十，并且成本最多是其百分之二十，并且生产由AISC(美国钢结构设计协会)批准用于结构接头的高品质螺孔。

Python-X机器是传统的梁生产线钻孔机的发展，其利用工作中心概念和推动或拉动梁以对其进行处理的系统。虽然这种机器包括许多创新，且其发展证明了等离子体割炬能正确对长钢材产品进行服务、成形、钻孔及标记，但是在处理步骤中将梁馈送入固定机器的梁生产线方式仍然严格的限制。换言之，机器通常固定的，而将梁(长材)移动经过该机器。

由于类似Python-X的机器是可NC编程的，因此无需任何手工编排可直接根据计算机文件进行处理，由此处理每根梁可节省熟练工人约一个小时的时间，同时还消除了人工误差。本文所描述的系统和方法虽然利用了这种机器的实用性以及现代等离子体割炬的创新性，但其基于如下文所解释的本质上不同的发明概念。换言之，本系统和方法不仅仅重建了梁生产线的概念。

发明内容

这里所述的发明利用了等离子体割炬技术，而且还采用了截然不同的方法进行处理和操作，其中梁并不移动而是相对于固定的梁来移动机器。通过在标准2轴(XY)龙门切割机(如图1)上添加2轴(AZ，其中A在YZ平面中倾斜)割炬或3轴(ACZ，其中割炬的方向由方位角C定义并且从垂直的A倾斜，如图4中所示的)动臂斜角头部(图3)，相对于标准龙门板材切割机器可以用很少或零附加成本地执行该功能。这些改进消除了位置固定的机器人臂的有限延伸的问题，同时显著减少了通过工作中心移到梁所需的设备数量。根据本申请，当处理时无需附加设备来移动梁，并且割炬保持器的结构也无需是关键的，只要能至少沿AZ轴并且优选地沿AC及Z轴操作割炬。一些附图示出了FastCAM三轴动臂割炬保持器，以示出本系统和方法的工作实施例。

在一个实施例中，一种在包括龙门、切割床和用于保持切割炬的龙门的数控机器上处理长材的方法包括当利用切割炬切割在切割床上的静止长材的同时，在长材的上方移动龙门以处理长材的方法。切割炬能够相对于用于限定长材的尺寸的任意坐标系统，在至少X、Y及Z轴方向中移动。

在一个实施例中，一种处理长材的系统包括：机床；用于保持切割炬的龙门；用于切割机床上的静的长材的切割炬；数控机器，其包括用于控制龙门和切割炬相对机床的移动的NC控制器；以及用于在通过切割炬在长材上执行切割工作时在长材和机床的纵向方向中保持长材固定在机床上的装置。龙门可在纵向方向中沿床身和长材的实质长度移动。

本发明龙门的概念对于钻孔机、模切机、锯子、硬盖戳器、标记器等的所有功能提供使用等离子割炬的所有优点，但存在巨大的差异：本实施例能在购买具有斜角头部的普通大型龙门等离子体切割机之后以很少(如果存在的话)的附加成本实现基于固定工作单元的机器人臂的所有优点。虽然Python-X机器广告宣称可替换包括小型板材切割机在内的七种不同的机器，但本实施例能有利地实现全尺寸板材切割机。而即便使用类似Python-X的机器，通常也仍然需要这种大型板材处理机器，而本实施例完全不需要特定的梁处理机器。通过这种方式，单台龙门机器就能处理所有长钢材产品，从平板形到管形甚至类似I型梁的截面。

本实施例与类似Python-X的机器的进一步的不同之处在于，本梁根本无需移动，并且从一端到另一端处理梁时梁可以仍然停留在机床身上。事实上，根据本实施例的梁在处理中任意阶段都不需要物理处理，并且可以在所有时间保持静止，支撑在标准切割台上。在一个实施例中，为了测量或建立长材的重要尺寸，可能期望利用割炬以有时被称为“欧姆接触”的方式在多个地方轻微物理接触梁。

在一个实施例中，也可能期望将激光精确距离测量设备与本文所示的斜角头部共同使用。激光测量设备的使用有利地允许在从不接触梁的情况下对梁进行处理。

本文示出的龙门方法有利地允许根据本实施例的机器与传统梁生产线和锯子相比重量非常轻，传统梁生产线和锯子使用大的反作用力，并且因此具有数吨的重量且需要昂贵的基底和安装，然而根据本实施例，相同的处理设备可以向用于处理板一样用于处理梁，因此处理中具有很少或者没有附加费用，并且无需附加的梁辊系统。在一个实施例中，在梁下方的简单的木块将允许至少从梁的顶部和侧面进行完全处理。触碰式欧姆接触系统有时可能有用，但原则上，本实施例可允许不触碰长材的处理，因此无需夹持或者可能甚至与机器轴的手工对准，因为其能够将长材主轴与NC轴线对准。

本固定长材的实施例因此进一步有利消除了对附加液压器、辊、探头、夹具以及用于梁的下方具有辊的梁的推动或拉动系统的传统需求。Python-X机器尤其需要辊，如果割炬需要在靠近法兰的底部进行切割，则辊必须在工作区域自动向下折叠，因此增加了这种机器的移动部件的复杂度以及成本。然而本实施例可有利地消除对这种附加移动部件的需要。

事实上，龙门式梁处理方法的发明消除了工业机器人的延伸范围的限制，同时能够享有使用单等离子割炬取代大量强力接触式工具的相同优点。

此外，Python-X及其他传统梁生产线机器需要“工作单元(workcell)”，所有处理都在“工作单元”中完成，也就是说，“工作单元”是机械臂所的靠近机器中心的区域。在这个中心工作单元区域中，梁不受支撑，因此也限制了能在这一无支撑区域被处理的梁的最小长度。然而根据本实施例，长材可通过诸如角铁这样简单的装置固定地或永久地支撑在固定点162。在根据一个实施例的视图中，NC控制也能指示操作者放置支撑件的位置，因此进一步消除了对昂贵自动化的需要。同时，NC控制还可能能够在需要时激活任何气动或液压系统，将梁支撑在不会干扰处理的位置。

在如图1所示的一个实施例中，传统龙门150、斜角头部127和NC控制135都可用于板材处理以及所有长材的处理而无需附加的机械变化。根据本实施例，例如图1所示的附加的3轴斜角头部使机器不仅能执行三道精确焊接坡口，还可以有利地作为5轴机器，其在X方向实质上具有不受限行程，且可适用于处理包括梁和管在内的所有长材。

如上所述，工厂设置的房地产非常昂贵，通常还必须保持其清洁、被遮蔽和被加热，同时还需要重的混凝土地板。然而根据本实施例，龙门床身142的总长度只需要等于梁的自身长度。相反，在Python-X实例中，传统的梁生产线及工作单元方法要求机器长度是梁或长材长度的两倍。因此，不管Python-X与其他传统系统相比节省的空间量，根据本实施例的方法和系统与Python-X相比将仍然能耐将所需要的空间量减少至少一半。

此外，本实施例还能处理很短的材料部分，从而进一步允许来自单个长梁的多个部分的嵌套和处理，同时还实现任何传统机器或系统无法实现的对材料和生产的实质性节约。推动或拉动长材的机器通常无法处理小的部分或短的末端件，在传统梁生产线上嵌套也是罕见并且困难的。

在一个实施例中，利用龙门机器上的斜角头部进行长材处理还可包括机械上更简单并且由此更廉价的2轴(AZ)头部，其只能在YZ平面中旋转(见图4，其中C＝90度)。这个实施例能执行本实施例中其他实施例可实现的许多功能，但是费用比大部分梁处理的费用更低。

使用三轴斜角头部(ACZ)能实现的附加功能包括：

1.在不必用于结构制造的板材上添加精密三道焊接坡口的能力；

2.在用于结构应用的附接板和长材上添加焊接坡口的能力。这种周线需要在切割诸如圆形等任意形状时，使割炬的C轴保持与周线垂直；而且

3.增加斜切的能力。斜切是以与腹板和法兰成一定角度的锯切(如图5a，元件503)。2轴头也可实现一些斜切，但是割炬倾斜面C不能对准切割方向使得在必须从腹面向法兰进行切割的点(例如，图5d，元件580)处受到严重限制。不能将炬身与斜切角对准将实际上不能实现610处的斜角以及与斜切面603的平滑接合(如图6)。

与板材切割应用类似，高度控制也是长材处理的重要问题。而在长材处理中，必须处理在所有热轧长材中存在的严重的以及实质性的制造变化对于NC控制也是一个问题。由于板材处理中这种变化不是顾虑，传统的板材处理机器不能解决长材的这些实质性变化。板材和梁的处理通常被认为属于两个不同领域，且通常两个过程在两个不同的工厂中。例如，虽然拖拉机、锅炉、船只和卡车的钢材制造与钢制建筑、桥梁、塔和结构的钢材制造是非常不同的，尽管事实上两个领域通常利用和处理相同的基础材料。如图2所示的形状变化通常确定材料作为板材还是长材来处理。

在长材中，复杂并且变化的形状通常是由热钢轧制。热钢轧制过程基本上是并不精确的过程。轧钢厂必须符合AISC的钢结构手册第13版规定的ASTM A6规范，其中规定了产品的构件长度、平直度、弯曲度(camber)、卷曲度(sweep)、及横截面的可接受变化。图7示出了这些术语的示出。横截面属性进一步包括总体深度和宽度，法兰和腹板的厚度以及法兰偏心。

已知受到处理的梁在处理之前与期望的理想尺寸具有实质性尺寸变化。这种变化包括弯曲度、全部面的厚度、法兰相对腹板的扭曲和侧倾等。对于管形长材，这种变化可表现为弯曲、横截面非圆以及厚度变化。梁形长材可以以甚至更多方式变化。虽然理想的是假设待被机器处理的长材是在标准范围之内的直的，但在实践中实际并且通常见到的变化太严重，使得不能严格固定用于操作机器的编程来同等地处理所有产品。由于所有孔的位置都必须相对于待处理的部分的边缘或中心，非弹性的编程无法补偿即便略微偏离位置的孔。不仅要考虑一个孔相对于另一个孔的定位精度虑，而且也要考虑孔与材料的选定形状的某些限定特征的距离。

在这方面，本实施例表示具有NC控制功能的传统龙门系统的又一改进。虽然传统的龙门平板处理器理论上能利用等离子体割炬实现0.1mm的公差而利用激光割炬能实现0.01mm公差，但已知即将得到的产品的变化高达5mm。因此，当考虑到产品变化的时候，使用传统NC控制的固定NC程序将无法处理在商业可接受公差之内的长材。对于制造商给定的以及设计者使用的标准轮廓，必须指定螺孔的每个位置，但是每个位置也必须容许该几何形相对于给出待处理的实际产品上的具体测量点的增量和实质性变化。传统的NC龙门系统不能实现这种处理热轧长材所需的动态调整。同样，传统梁生产线系统使用一系列探头和/或欧姆接触(如上所述)对材料进行测量，之后必须根据测量的实际位置对处理进行调整。

由于在实践中没有两个梁会符合相同的尺寸公差，所以NC控制必须通过测量处理这种梁变化。本实施例因此表示相对传统板材处理NC控制的进一步的改进，其中，厚度变化不影响NC程序几何。相应地，传统的2轴NC控制也不足以进行梁处理。然而根据本实施方式，2轴控制系统可有利地用于以之前未实现的多种方式处理长材，而根据本实施例，利用3轴斜角头部还可实现更多优点。

梁处理器与3轴斜角头部的合并不是显而易见和简单的。与焊接坡口类似，用于板材处理的传统NC控制仅限于两个轴。而且，斜角头部的使用在本领域也很少见，全世界等离子体仿形铣床中大约只有不到1％装有斜角头部。此外，传统的斜角头部受机械结构限制，最大倾角只能达到45度，且被组装能够根据本实施例来运作的NC控制。只有最近在由本发明人申请的美国专利申请序列号为13/427,513的未决专利中公开的斜角头部没有受到传统斜角头部的限制，其使割炬在YZ平面中自由旋转的倾斜角度可达到并超过+/-90度。

如文本所公开，本实施例不仅限于使用未决专利申请所公开的特定动臂斜角头部。本实施方式能利用这样一种改进的斜角头部以实现传统梁处理器或NC龙门系统所无法实现的有利结果。如上所述，本实施例中的一些实施例能在YZ平面内以-90度到+90范围的角度进行倾斜，而且由此仍可对于标准梁上钻孔及穿透切割的功能比传统系统实现显著改进。在这种应用中，可按诸如90、0或者-90度的固定倾角进行处理。此外或可替换地，梁的许多部分的处理可看做一系列2D应用，至少乃至孔的切割和产品直角的切割和服务。然而对于在腹板上创建斜角，割炬在方位角C中旋转的能力可能相当重要，如同对于在梁和/或附接物增加焊接坡口一样。

如同利用板材切割，从割炬尖端到长材的距离的高度控制对于切割质量也是非常重要的考虑。估计全部现有的钢材等离子体切割中超过99％使用的都是垂直割炬。相应地，与这种机器相关联的所有逻辑、探究、NC控制及高度控制(Z)都基于这样一种假设，即割炬是垂直的，或者最多在极少情况下，与垂直方向成45度角。

虽然上文讨论的Python-X机器能利用靠近水平位置的等离子体割炬，但Python-X系统不利用标准龙门或使用标准NC控制/标准割炬高度控制进行工作，由此割炬可能在水平面中进行切割。在常规的龙门式系统中，高度控制Z轴不是实际可编程NC控制器轴，而相反是基于电弧电压的分离并且独立的闭环反馈系统，其可由NC控制打开或关闭，但是否则是独立的高度控制。相应地，这种斜角头部也不适用于长材处理。

然而根据实施例，根据未决专利申请的动臂斜角头部可以是具有A、C轴和自身集成的Z轴的自包含式3轴斜角头部(如图4)。在一个实施方式中，Z轴还或者可替换地可物理上位于设备之外，但应仍可作为类似X及Y轴和/或A及C轴的真实切割轴进行编程，而不是仅用于垂直或倾斜割炬的高度控制的伪轴。为了在法兰垂直(如图1)时切割螺孔，需要在垂直面上创建在YZ平面中的圆形。为了处理实践中不相等的角度(如图2，元件230)，切割面可既非垂直面也非水平面。在一些这种情况下，割炬可保持与切割面成直角。

如上所述的动臂斜角头部对于焊接坡口工作还具有有利的恒定焦点，以避免方位角和倾斜值时的改变涉及主机器轴。由于割炬倾角(A)和方位角(C)可以平滑地改变而无需在(X,Y)中移动机器轴，因此动臂斜角头部可用于平面或近似平面板材中的高精度焊接坡口。因此当改变A和C时炬身也不需旋转。

根据实施例，本发明人发现了使用如上所述的动臂斜角头部的改进，该改进有利地使这种等离子体割炬保持器对长材处理来说特别有用。在一个实施例中，当等离子体割炬处于水平以在法兰上切割孔时，为了间隔支撑控制箱(如图5c，元素565)，可向远处推动等离子体割炬超出焦点。结果，如果A或C改变，则应当引入补偿XY移动。但是，由于大部分切割在水平的XY平面或垂直的XZ平面中且可只需要具有固定割炬倾角的两个轴，越过焦点的移动可能已经足以用于长材处理。之后割炬可回到正确的焦点位置(如图3，元件310)进行包括精密焊接坡口的一般板材处理。根据这种改进的方法，未决申请的动臂斜角头部可用于本文所述的所有长材的处理，而一个龙门式NC机器可类似地用于所有这种处理应用。

锯切、斜切、钻孔、线条标记、硬盖戳以及编程的更多具体细节是本领域的已知技术，本文不再赘述。对至少如图2所示的各种截面的长材的处理，可在数学上缩减为更通用的语言，其独立于处理机器的物理结构，利用XYZAC轴(如图4)(其可以考虑靠近割炬尖端的位置(XYZ))以及炬身的角度和方位角(AC)，描述一系列运动。这种编程对于机器人或本实施例可能实际相同，因为该语言通过描述切割炬在一些列移动中未来实现相同结果的位置定向。该编程的具体实现关乎NC控制以及特定机械轴的内部软件。当使用龙门式系统时，规范形式的XYZ轴可与真实轴线精确对应，而AC轴则需要对给定斜角头部的动臂的倾角和扭转真实轴进行数学变换。

除了根据上述本实施例的优点(例如，消除用于移动长材的高成本辊系统，取消可处理的最小长度限制等)外，本实施例还能使特定处理顺序不重要。通常，由于工具的排列有次序且需要推动和拉动梁进行处理，处理的次序是主要限制。然而，根据本实施例，可以有利地在锯切操作之前或之后设置单独的孔。

根据本实施例的另一优点是本系统和方法能够在常规机器需要使用特殊钻孔机的地方利用等离子体割炬。常规梁处理线机器对每个所需的孔尺寸孔需要对应的特殊钻孔机，这种特殊钻孔机在需要时必须单独获得、维护并安装。然而根据本实施例，等离子体割炬可用于切割任何尺寸及形状的钻孔，甚至方孔。根据本实施例的机器的拥有和维护成本由此大大低于常规的机器和系统。此外，如上所述，梁处理线系统及其子集具有多种尺寸和价格。而根据本实施例，单个龙门式等离子体机器能够根据用于支撑的床身的强度和重量处理任何尺寸的部件。本实施例由此可使最小的工厂都具有长材处理的能力，同时还在所有产品上提供完整的板材处理能力，包括复杂的多道焊接坡口的全部。

管子长材(包括将管压平而形成矩形横截面的RHS)的处理会需要考虑处理其他长材时不需考虑的特殊考虑。例如，在没有斜角的穿透的简单切断和切割中，可以通过在现有龙门机器利用在龙门(如图1，元件150)而不是或者另外在板材床身(例如，元件140)之下的管子旋转器的简单旋转来处理管子。在龙门机器处理器需要该管子旋转的情况下，一般保持切割炬垂直。尽管在龙门机器上的这种管子处理的方法是已知的，但在可处理其他类型长材的单个机器上通过通常不可以进行这种处理。在保持切割炬垂直的这种管子处理器中，使用传统的垂直高度控制，并且因此切割炬从不是水平的。这种处理器极少钻出螺孔，而导致的组装问题也与其他长材经历的情况截然不同。但是这些问题被本发明的系统和方法解决了，其等效地能够解决与其他长材有关的问题。

在一个实施例中，可通过软件对单个多轴NC控制(如图1，元件135)进行编程，该软件允许同一个系统用于所有上述的处理类型，用于板材和长材以及本领域技术人员在阅读并理解本申请后可理解的其他产品类型。而这种NC控制所需的特定软件的发展前景可能广泛，且本发明人设想到对在单个机器或系统中有效协调多种操作的方法作出进一步创新。

在一些常规的板材处理系统中，一些制造商已经开始仅对腹板使用2D龙门式等离子体切割机进行处理，且仅用于钻床无法实现的普通垂直等离子体切割。在一些常规的长材处理系统中，龙门现在用于生产一般的切断，如将I型梁分成两个T型截面梁以及“堞型”梁，即将梁切分并且随后焊接成更高更轻的梁。这些常规操作不应与本实施例所公开的更高级的长材处理操作混淆。这些常规操作可由仅具有高度控制的二维机器操作实现。这些常规操作只能执行水平切割，且不能钻打螺孔。根据这些常规操作处理的长材仍需在单独的机器或系统上进行进一步的处理以便自动或人工钻孔。这种常规操作系统不能通过例如对产品尺寸和形状的变化进行连续测量和调整来调整切割炬的位置。例如，一旦开始切割处理，螺孔就无法轻易从其初始标记位置移动，而一旦在不期望的位置钻孔或切割，在实践中就无法在不削弱或损伤产品的结构完整性前提下对孔进行扩大或开槽。在需要槽的应用中，将对槽进行指定并在强度计算时考虑由此对梁的削弱。

附图说明

图1示出了在一个实施例中例如在标准机器床身上处理I型梁的5轴龙门式等离子体切割机。

图2示出了几种示例性长材的横截面图。

图3示出了在一个实施例中可用于板材焊接坡口的3轴动臂斜角头部机器的实例。

图4示出了一个实施例中的可编程独立轴XYZAC的实例。

图5a示出了一个实施例中的示例性360UB34梁，其显示正在被垂直等离子体切割炬切割的梁500。

图5b示出了一个实施例中对图5a的实施例的进一步处理。

图5c示出了一个实施例中从另一个侧视图看到的对图5a的实施例的进一步处理。

图5d示出了一个实施例中在腹板与法兰之间的接合处的腹板切割的实例。

图6示出了一个实施例中的测试样品产品的实例，其显示可使用等离子体切割炬执行的许多处理，包括切割、线条标记和深切槽等。

图7示出了一个实施例中在I型梁的形状中可发现的变形。

具体实施例

本文描述了如图1所示的用于在龙门式板材切割机器上处理长材(例如其横截面的见图2)的方法和系统。

图1示出了处理例如在机器床身140、142上的I型梁160的5轴龙门式等离子体切割机。在该实例中，机器床身140、142可以是标准龙门式机器床身。横梁150在本文中称为龙门。龙门150可支撑等离子体斜角头部127，因而该斜角头部127可保持等离子体切割炬125。在该实例中，角铁件162可用于支撑梁160以允许割炬125接近梁法兰的底部(未标号)。图1进一步示出了具有放大器137的NC控制器135，放大器137可提供功率以控制该实例中示出的系统可能包括的XY轴。

图1系统的操作可由NC控制器135控制，在该实例中该NC控制器135可以是具有至少一个用于X轴120和Y轴122的驱动放大器137的标准PC。NC控制器135可进一步控制斜角头部127在Z轴及内部AC轴(未标号，最佳地见于图4)的操作。在采用3轴斜角头部127的该实例中，Z轴可与驱动箱130集成，该驱动箱130允许Z轴方向中在背板124上的上下移动。驱动箱130可进一步包括内部三重放大器(未标号)，其能够将来自NC控制器的信号转换为沿Z、A和C轴的精确位置。在一个实施例中，如从图4最佳地看出的，本发明人还设想利用倾斜角A和方位角C来操作该系统。

在一个实施例中，根据材料的厚度，等离体子割炬125可在其尖端(如图5a，锥体503)处，利用30至600安培的等离子电弧进行切割。在一个实施例中，割炬的主要移动可沿着X轴120和Y轴122，即沿着床身的水平面。在该实例中，X轴由其上装有龙门150的机器的长轴导轨(未单独标号)表示，并且可以看出用于保持割炬的斜角头部也沿在该实例中由短轴导轨(也未单独标号)表示的Y轴122移动。如上所述，等离体子切割的典型位置精度可至少为+/-0.1mm。

同样如上所述，常规的XY板材处理机器如果有Z轴的移动，则由利用高度控制(THC)的独立机器或系统控制Z轴的移动。在这种常规系统中，控制器(例如，NC控制器135)将只能用于打开或关闭THC系统。与本实施例不同，这种常规系统完全是2轴XY机器。然而根据当前实例，沿背板124的附加Z轴移动可直接由与用于X轴120和Y轴122的计算机(即，NC控制器135)相同的计算机控制。因此，根据本实施例，能实现对沿全部三个轴即X轴、Y轴和Z轴的同步和/或同时控制。这些轴线可共同被定位以控制等离子体割炬125的切割尖端(例如，锥体503)，而切割点可近似距离铜锥体503约8-12mm。

图2示出了几种示例性长材的横截面图。在本文中最广泛描述具有腹板205和法兰210的I型梁200，且出于示例性目的在几个实施例中描述。本领域技术人员在阅读并理解本申请后可理解，当前系统和方法不仅对图2中示出的其他长材的实例而且对本领域中已知的其他类型长材料都是独特和创新的。因此图2所示的实例是作为示例性列表而提供的，并非意图穷举本实施例可处理的长材材料的所有形状。

参照图1和图2，该实例中，出于示例性目的，I型梁200可认为是360UB45梁。360UB45梁是高360mm、重45kg/米的通用梁。对这一类型梁，不同国家和不同轧钢厂都可有不同的具体描述。例如，梁200也可被描述为360UB44.7。实践中给定的工件在当地可具有不同名字，并且I型梁200可由其中心件或腹板205以及其法兰210描述。即使如此定义的形状，腹板高度和法兰宽度，以及总材料厚度都可变化，每米的重量也可变化。因此，对于给定的物理空间，梁的强度和重量可在实践中和/或根据设计者的需求变化。然而，出于本实施例的目的，该讨论假设梁的形状在长度上是大体恒定的。如上文及下文进一步讨论的，本实施例即使在梁的形状在长度上不恒定的情况下也能成功操作。除了截面在长度方向会变化的产品以外，在通过切割或焊接平板来制造梁以创建不需要热轧的形状的情况之也可以利用本实施例。

往回参照图1，可将梁160设置于床身152上使腹板(如图2，元件205)与床身142平行并且法兰(如图2，元件210)与床身142垂直。在此实例中，可在梁的至少三面上执行对梁160的切割、钻孔和标记。梁160应支撑在板材切割床身142的板条(例如，角铁162)上。在该实例中，角铁162允许将梁160抬升高于床身142一定距离(例如，图5b，元素560)，以允许在法兰210的底部处进行切割而没有斜角头部127的部件与床身142的平板(例如，图5b，元件575)碰撞(如图5b所示的距离550)。本发明人也想到提升梁160和/或保持梁160高于床身142一定距离的其他过程而不脱离本申请的范围。在一个实施例中，可在处理前将梁160的两个端部切掉，以便在梁的端部提供比实践中所传递的形状(已知其在处理之前不是可接受的直的端部)更精确的形状。

在该实例中，支撑件(即，角铁162)无需置于梁160的端部。在一个实施例中，支撑件162可以以规则的间隔放置在梁下，但当意图用水平割炬(即割炬125，同样见图5b、5c)对法兰底部进行切割时这种放置会带来问题。在一个实施例中，NC控制器135可对于每个梁检查处理NC程序，其中，每个梁可能需要已钻孔的图案和/或沿梁160的长度的具体点的其他操作。在该实例中，NC控制器135还能精确计算需要和/或可最佳利用支撑件的地方，以及最佳地计算避免支撑件与在法兰上操作的割炬保持器冲突的地方。在一个实施例中，支撑件放置信息可由人工输入NC程序或由NC控制器135自动计算。例如，NC程序可位于NC控制器135中，且可包括使用字母A至Z的命令以及坐标的可读列表，以及单位为绝对毫米的自变量。根据本实施例的NC程序可能与已知的常规NC编程显著不同。

在一个实施例中，NC控制器135还可读取3D专用语言如上述DSTV的编程要求，并将要求转换成XYZAC移动的序列。根据该实例，控制器135可将在特定距离进行切断的要求转换为一系列头部移动，该移动将实现与使用等离子体割炬的操作相同的效果。除了DSTV，本发明人也设想到使用其他编程语言以及用于提供机器间便携性的文件格式来利用本实施例，包括用

的FastBEAM^TM程序的FPV文件输出格式。这种额外的语言可向控制器更好地传达要实现的结果，而不是使控制器如何执行个别移动的明确指令。

无论通过外部向NC控制器提供还是由NC控制器自己计算用于指导割炬125的NC程序，用于指导割炬125的NC程序可包括XYZAC控制，其在控制关于特定切割点的割炬定向(AC)的同时，沿产品表面上的X、Y和Z方向指导割炬切割点(即，元件503)。在一个实施例中，NC程序可将坐标值附加到每个地址XYZAC。这种坐标值可以是以距原点的绝对值也可以是点到点的增量。在一个实施例中，附加的参考点可作为以NC程序语言表达的变量嵌入。在该实施例的一个实例中，这些变量可由梁的意图被切割的实际部分上沿梁160的点的精确测量提供，并且随后用于控制割炬125，以对于特定孔所期望的确切位置而调整割炬125。该过程的附加步骤不仅对于本实施例是独特的，相对于热轧产品也是特别有价值的，因为必须对于与理想形状之间的不可避免的大的变化以及正在被切割的实际轧钢厂产品来调整热轧材料的具体XYZ位置。再一次强调，已知热轧钢材在本领域内不是精确处理。因此，即使有已设定的标准，仍然频繁经历自然的厚度变化、扭曲以及弯曲。但是根据本实施例可以对于所探索的理想形状创建NC程序，但其仍允许对正在处理的实际形状的坐标进行测量和调整。

图3示出了在一个实施例中的可用于板材焊接坡口的3轴动臂斜角头部机器的实例。在该实例中，割炬(即，图1，元件125)被显示为从焦点310延伸至新的点330，以便割炬能从的左侧和右侧切割梁法兰(未示出)，其中，具有沿侧面的间隙(见图5b，间隙565)。在该实例中，示出了如上所述多轴动臂斜角头部(例如，图1斜角头部127)。如图3所示，倾斜值A被显示为是关于焦点310距离割炬中心305的。为使斜角头部127在板材斜切中实现最大精度，位于点330处的割炬尖端可定位在焦点310处，其由扭转轴302与沿割炬中心305的线的交点形成。根据该实例，在静止时，即在不改变X和Y时，C和A都可改变。需要机器在倾斜割炬的同时在X和Y方向上移动以保持切割点静止的实施例产生较少平滑的移动以及因此角落和斜圆形处的切割不足。尽管如此，本发明人设想这种不足的系统(即，仅允许扭转轴302中的倾角的机构)仍包括在本实施例的范围内用于在根据所有公开的涉及扭转和倾斜的实施例可实现的许多但非全部处理步骤中处理长材。根据本实施例，扭转和倾斜(AC)头部完全能够有利地实现通常需要6轴工业机器人如上述的Python-X才可实现的所有处理步骤。

图4示出了一个实施例中的可编程独立轴XYZAC的实例。在这个实例中，X和Y轴分别对应于图1所示的龙门式系统的物理轴导轨120、122。在此实例中，Z轴还对应于沿图1示出的背板124的上的上下运动。在此实例中割炬定位轴A和C是概念性的以用于说明的目的，且并不必与用于倾斜和旋转的物理轴直接对应。

图5a示出了示例性360UB34梁，其显示被垂直等离子体割炬切割的梁500。图5b进一步示出了从梁500左侧观察的图5a的实施例，具有与板件575的间隙550、560以及与梁500的间隙565。图5c进一步示出了从另一侧观测的图5a的实施例的过程。图5d示出了一个实施例中的在腹板(即，图2，元件205)和法兰(即，图2，元件210)之间的接合部的腹板切割的实例。在这个实例中示出了30度的割炬倾角。对于垂直切割过程，割炬可在YZ平面中直立或对齐。对于斜切过程，割炬应在期望的斜切的平面中直立或对齐。

往回参照图3至图5，割炬(即，图1的割炬125)可将斜角头部(即，图1，斜角头部127)的钳头从焦点310向下移动至新的点330。根据该实例，斜角头部驱动箱570能够与法兰(即，图2，法兰210)间隔间隙距离565(见图5b)。为了减少或甚至消除对间隙565的需要，本发明人设想到进一步减小驱动箱570的宽度。在一个实施例中，割炬在XYZAC方向的移动可耦合在一起，尤其当在除了XY、YZ或XZ的平面中进行切割时，其中，根据本文所述的实例，所有五个轴的协调是尤其有利的。这种5轴协调在切割用于螺栓的圆形孔时尤其有用，即使仅在梁的法兰或腹板进行切割的一些螺孔可能只需要两个轴中的同时移动。在这种实例中，两个轴中的进给速度应相等以维持圆形度。

对于对腹板502(最好地见图5a)的切割和标记，割炬可被保持与腹板502基本垂直。为了最佳切割质量，割炬尖端503与腹板表面502的间隔510应保持恒定。这种间隔维持与上文所述的标准龙门的高度控制类似，但根据本实施例无需是个问题，因为许多螺孔可处理成仅有22mm宽的尺寸。因此根据本实施例在这样小的距离上的高度变化可忽略。在一个实施例中，在切割小孔，特别是在等离子体切割应用时，可进一步期望避免使用已知的高度控制系统和方法。在一个实施例中，也可在梁中利用大孔或贯穿部，以减轻梁的重量或允许其他元件穿过梁而不与梁接触。因此对根据这些示例所切割的形状的精度要求可以不像对用切口边缘来焊接和组装的常规板材处理那样。

图5b示出了可以沿图5a所示的梁500的左法兰切割或标记螺孔/贯穿部的过程。在此实例中，等离子体割炬被示出为保持在水平位置，且具有斜角头部的驱动箱570与法兰之间的间隙565。间隙550被示为位于割炬保持器(未标号)与下方的机器床身的表面575之间。间隙550应足以容纳梁500下方的支撑件(即，图1，元件162)。在一个实施例中，支撑件162的可能突出超过梁500法兰的部分不应出现在这样一种点处，其中在该点处割炬必须切割梁直到左侧法兰的最低点(未标号)，左侧法兰在该最低点与床身表面575之间的间隙560上。在一个实施例中，梁500的最低点的高度可以超过割炬保持器宽度的一半，其在该实例中表示为中心线555的高度减去与床身的距离550。在该实例中，这些举例可以是固定和已知的。在一个实施例中，支撑件162可直接支撑法兰的底部或腹板的底面，或者法兰的底部和腹板的底面。在实践中，单独从梁的顶部测量可提供腹板尺寸的准确假定，但这种单纯顶部的测量不能同样可靠地预测法兰底部的尺寸。在一个实施例中，在支撑件162只支撑法兰的情况下，法兰的宽度可由上法兰的高度推断。

图5c示出了类似于图5b所示的实例但是在相反一侧的法兰的实例。在此实例中，割炬再次被显示为位于水平位置。在一个实施例中，龙门本身应足够宽以补偿梁水平时的宽度加上动臂割炬保持器的高度的至少两倍以及可以附接到龙门的软管和缆线的间隙。

当使用等离子体割炬进行切割时，为了实现类似于用锯完成的切断，可做出穿过梁500的腹板和法兰的多个切片。为了实现这些切片，割炬应能倾斜以接触腹板与法兰之间的接合部，如图5d最好地显示的。如果要实现斜切的等效物，其中“锯片”不在X平面中而是要处于一定角度，则割炬应能利用与切割平面AC对准以及这个平面中的倾斜，如图5d所示。在此实例中，所示的3轴动臂斜角头部的可调性对于斜切尤其有利。不像斜切，当仅在两个平面中切割时，等离子体割炬通常仅保持水平或垂直。

图6示出了可使用根据本实施例的等离子体割炬执行的许多过程(包括切割、线条标记、深切槽以及可承受喷涂的过程)的测试样品产品的实例。这些过程通常只能通过硬盖戳完成。在此实例中，元件604表示圆形螺孔。为了本技术领域内的实际使用，孔604必须在公差范围内平滑且平直。另一方面，梁中的贯穿部606可以是任意形状，该贯穿部可被设置用于使标准梁变轻，和/或允许其他管、梁或管道穿透梁(通常不接触梁)。

在组装栓接梁结构时，焊接是常见的，但大多数切割是用于避免梁之间的接触。图6示出了两类这种切口，斜切或锯切口，其由元件603和610处的法兰的切口的角度的连续来表示。元件605示出了一种被称为模切(cope)的无法由锯完成的复杂切口。在传统梁生产线上模切通常由氧气割炬执行。然而根据本实施例，等离子体割炬也能在低电流下对梁600进行线条标记，其在低安值不需要穿过梁切割，而是如元件607所示可在表面留下线条标记，和/或在梁600上标记字母608以在组装时进行识别或指示。此外，根据本系统和方法利用的等离子体割炬还能对梁600进行刨削以在表面产生更深的标记，该标记可期望与元件607和608类似，但即使在对梁600进行喷涂之后仍然可见。根据本实施例，等离子体割炬可用于执行常规全功能通用梁生产线机器的全部功能的钻孔、贯穿、锯切、模切、斜切和切断功能，且其执行有利地具有明显更好的灵活性、与这种常规机器相比更低的费用以及更低的重量。根据本实施例的系统和方法进一步能在长材上产生通常必须用单独的硬冲压执行的线条标记文本。

图6中未示出可根据本实施例执行的许多其他操作，图6仅用于说明目的并非意图穷举。例如，槽、锥形孔、用于马车螺栓的方孔、点状标记以及许多其他根据本申请可实现的几何形状。除英语外的语言的文本也可留在梁600上。本实施例的有利的实用性将为结构和组装方法的设计标准带来显著的变化以及简化。由于冷锯和带锯的使用将变得越发过时，本发明人设想这些相关的工业标准将为适应使用单个倾斜角头部的本系统和方法而改变。

图7示出了在处理前运输的I型梁的形状可能经历的额外变形。如图所示，最左边的两个实例示出了法兰相对于垂直腹板的扭曲。实例730示出了弯曲(camber)(腹板视图)，而实例740示出了卷曲(sweep)(顶部或法兰视图)。实例750示出了腹板的扭曲沿着梁的长度传播的情况。除了这些实例，在处理前被运输的长材在本领域内已知还会在宽度、高度和扭曲具有各种变化，同时长材的所有部分还具有潜在的厚度变化。

这些变化通常以毫米度量，或者以沿着梁的长度方向产品长度约1/500至1/1000的扭曲或弯曲度量。这种尺寸乍看起来并不显著，但考虑10米梁(本领域内常见)，这种变化在产品长度上可达到10mm(1cm)的距离。此外，所有潜在的尺度变化可发生在单个产品上，从而在产品长度上累计成为更显著的问题，其对于单板材材料的常规NC操作并不很大。NC编程，即使在创建后，仍然必须允许对实际测量距离的修正。应根据孔即将投入的用途，选择在材料中的参考点。

例如，如果梁的法兰将用于形成建筑物的地板，则有必要指定螺孔与顶部法兰的距离。反之，如果底部法兰将形成平的屋顶，孔的位置则必须参照底部法兰。对于柱的形成，将使用梁的中心，且中心的尺寸在每种情况下必须通过沿梁的X距离的梁测量来确定。

在组装栓接结构时，由于梁自身一般不相互接触，螺孔之间的距离是至关重要的。由于模切和斜切通常只用于防止梁接触，模切和斜切的尺寸不如螺孔之间的距离那样重要。对于柱，到梁中心线的距离变得更加关键。这种实例并非意图穷举，而是示例性解释通常由龙门式NC等离子体切割机运行的标准固定NC程序不会如同根据本实施例自动适应梁处理，除非在所处理的梁在处理前各尺寸实际上都是完美，这是罕见且通常不可能。此外，在板材处理中，通常只需要考虑材料厚度加上外轮廓的精度的变化。在结构应用中，除了上述的螺孔、斜切、模切、切断以及端部切割，用于尺寸标注公差的实际切口形状不像形状边缘的实际切口形状那样重要。

与使用固定工作单元并移动梁的机器人梁处理器不同，本实施例所表示的更通用的系统和方法能充当全尺寸板材处理器，其包括多道焊接坡口。通常，需要单独的机器或系统来执行这些附加或单独的处理。

本发明人估计全世界实际使用的等离子体和氧气割炬龙门式机器数量约有250,000台，且随着自动化技术和机器的价格下降在飞速增加。例如，一些这种机器的价格已经从1百万美元的原始价格降至$10,000美元。该更实惠的机器数量远多于目前仅在大型工厂使用的数千台专业的、非常巨大的梁生产线系统。本系统和方法由此使更廉价且更众多的龙门式系统能够转换为可与大型梁生产线系统竞争的通用等离子体长材处理，而同时保保持常规龙门式系统的成本和设计优点。此外，根据本申请的系统和方法也能处理板材，且显著改变结构钢构造的自动化程度，从而降低全世界建筑的成本和速度。

特征组合

上述的特征以及以下的权利要求可在不偏离本文的范围内以多种方式组合。下面的实例说明了一些可能的组合：

(A1)一种在包括切割床身和用于保持切割炬的龙门的数控机器上处理长材的方法，所述方法包括以下步骤：在执行利用所述切割炬切割在所述切割床身上静止的长材的步骤的同时，在所述长材上方移动所述龙门，以处理所述长材；其中，所述切割炬能够相对于用于定义所述长材的尺寸的任意坐标系统在至少X方向、Y方向及Z方向中移动。

(A2)如(A1)所表示的方法，其中所述长材在移动步骤期间通过所述长材的重量保持静止。

(A3)如(A1)所表示的方法，其中所述长材在移动步骤期间通过夹具或固定的保持结构保持静止。

(A4)如(A1)至(A3)所表示的方法的任何一个，其中，切割步骤包括至少三个多道切割子步骤，其中所述多道切割子步骤中的至少一个包括：进一步处理所述长材，以沿由所述多道切割子步骤中的至少一个的在前的一个提供的长材切口，包括焊接坡口。

(A5)如(A1)至(A4)所表示的方法的任何一个，其中，在移动步骤期间，在所述长材在长度方向相对所述切割床身保持静止的同时，所述龙门沿所述长材的长度方向相对所述切割床身移动。

(A6)如(A1)至(A5)所表示的方法的任何一个，在切割步骤期间，所述切割炬的C轴保持与所述长材的周线垂直。

(A7)如(A1)至(A6)所表示的方法的任何一个，其中，切割步骤包括在与所述切割床身平面大体平行的水平面中切割所述长材。

(A8)记为(A7)的方法，其中所述切割炬在水平切割时移过其焦点。

(A9)如(A1)至(A8)所表示的方法的任何一个，其中，切割步骤包括在所述长材上钻至少两个孔，其具有两个不同的相应尺寸。

(A10)如(A1)至(A9)所表示的方法的任何一个，其中，在切割步骤之前，将支撑件放置信息输入所述数控机器的程序。

(A11)如(A1)至(A9)所表示的方法的任何一个，其中，在切割步骤期间，自动确定支撑件放置信息。

(A12)如(A1)至(A11所表示的方法的任何一个，其中，切割步骤包括所述长材的标记、锯切、钻孔、穿透、模切、斜切和切断中的两个或更多的子过程。

(A13)如(A12)所表示的方法，其中在所述长材的至少两个不同侧上执行所述两个或更多的子过程。

(A14)如(A1)至(A13)所表示的方法的任何一个，其中，切割步骤包括仅部分穿透所述长材的材料厚度的子步骤。

(A15)如(A1)至(A14)所表示的方法的任何一个，其中所述长材为管子，并且所述管子在移动步骤和切割步骤期间在三个维度中保持静止。

(A16)如(A15)所表示的方法，其中，切割步骤包括在所述管子中创建至少一个螺孔的子步骤。

(A17)如(A1)至(A16)所表示的方法的任何一个，进一步包括沿所述长材的长度测量所述长材以测量所述长材的高度和宽度的变化的步骤。

(A18)如(A17)所表示的方法，其中测量步骤通过所述龙门上的激光测量设备执行。

(A19)如(A17)所表示的方法，其中测量步骤通过与所述长材表面的欧姆接触执行。

(A20)如(A1)至(A19)所表示的方法的任何一个，其中，切割步骤包括处理来自所述长材的至少两个独立的嵌套材料。

(A21)如(A1)至(A20)所表示的方法的任何一个，其中，切割步骤包括在所述长材的不同的相应部分执行至少两个不同的切割过程。

(A22)如(A1)至(A21)所表示的方法的任何一个，其中，切割步骤包括在所述长材上切割斜角的同时以C方位角旋转所述切割炬的子步骤。

(A23)如(A22)所表示的方法，进一步包括通过同一龙门上同一切割炬向所述长材的斜角切口添加焊接坡口的子步骤。

(B1)一种处理长材的系统，包括：(1)机器床身；(2)保持切割炬的龙门，所述切割炬用于切割在所述机器床身上的静止长材；(3)数控机器，其包括用于控制所述龙门和切割炬相对所述机器床身的移动的NC控制器；以及(4)保持装置，用于在通过所述切割炬在长材上执行切割操作的同时，在所述长材和机器床身的长度方向中保持所述长材在所述机器床身上静止；其中，所述龙门在所述长度方向中沿机器床身和所述长材的实质长度可移动。

(B2)如(B1)所表示的系统，其中保持所述长材的装置包括在所述机器床身上的所述长材的重量。

(B3)如(B1)或(B2)所表示的系统的任何一个，进一步包括所述长材与所述机器床身之间的支撑结构。

(B4)如(B1)至(B3)所表示的系统的任何一个，其中所述切割床身的长度实质上等于所述长材的长度。

(B5)如(B1)至(B4)所表示的系统的任何一个，其中所述切割炬包括动臂斜角头部。

(B6)如(B1)至(B5)所表示的系统的任何一个，其中所述切割炬包括等离子体切割炬。

(B7)如(B1)至(B6)所表示的系统的任何一个，其中所述切割炬包括两轴切割炬，其能够在相对所述切割床身在Z方向高度中垂直地移动的同时，在与所述切割床身的平面实质上平行的XY平面中旋转。

(B8)如(B1)至(B6)所表示的系统的任何一个，其中所述切割炬包括三轴切割炬，其中，所述割炬方向由旋转方位角C、垂直倾角A和高度Z定义。

Claims (27)

1.一种在包括切割床身和龙门的数控机器上处理长材的方法，所述龙门具有用于保持等离子体切割炬的动臂，所述方法包括以下步骤：

在执行利用所述等离子体切割炬切割在所述切割床身上的静止长材的步骤的同时，在所述长材上方移动所述龙门，以处理所述长材，

其中，所述等离子体切割炬能够相对于用于定义所述长材的尺寸的任意坐标系统，在至少X轴、Y轴及Z轴中移动，以及绕扭转轴旋转，并且能够沿通过所述等离子体切割炬的中心的线延伸，经过所述动臂的焦点，所述焦点由所述扭转轴与通过所述等离子体切割炬的中心的线的交点形成；及

沿所述长材的长度测量所述长材以测量所述长材的高度和宽度的变化，其中，测量步骤通过所述龙门上的激光测量设备执行；

所述长材选自传统的I型梁、槽型、不等角型、轧制空心截面型、T型梁，并且所述动臂将所述等离子体切割炬保持在垂直位置和水平位置，

其中，所述等离子体切割炬的尖端延伸超过所述焦点。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述长材在移动步骤期间通过所述长材的重量保持静止。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述长材在移动步骤期间通过夹具或固定的保持结构保持静止。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，切割步骤包括至少三个多道切割子步骤，其中所述多道切割子步骤中的至少一个包括：进一步处理所述长材，以沿由所述多道切割子步骤中的至少一个中的在前的一个所提供的长材切口，包括焊接坡口。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在移动步骤期间，在所述长材在长度方向相对所述切割床身保持静止的同时，所述龙门沿所述长材的长度方向相对所述切割床身移动。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在切割步骤期间，所述等离子体切割炬的所述扭转轴保持与所述长材的周线垂直。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，切割步骤包括在与所述切割床身平面大体平行的水平面中切割所述长材。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述等离子体切割炬在水平切割时移过其焦点。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，切割步骤包括在所述长材上钻至少两个孔，其具有两个不同的相应尺寸。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，在切割步骤之前，将支撑件放置信息输入所述数控机器的程序。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，在切割步骤期间，自动确定支撑件放置信息。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，切割步骤包括所述长材的标记、锯切、钻孔、穿透、模切、斜切和切断中的两个或更多的子过程。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述长材的至少两个不同侧上执行所述两个或更多的子过程。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，切割步骤包括仅部分穿透所述长材的材料厚度的子步骤。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述长材为管子，并且所述管子在移动步骤和切割步骤期间在三个维度中保持静止。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，切割步骤包括在所述管子中创建至少一个螺孔的子步骤。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，测量步骤通过与所述长材表面的欧姆接触执行。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，切割步骤包括处理来自所述长材的至少两个独立的嵌套材料。

19.根据权利要求1所述的方法，其中，切割步骤包括在所述长材的不同的相应部分执行至少两个不同的切割过程。

20.根据权利要求1所述的方法，其中，切割步骤包括在所述长材上切割斜角的同时以所述扭转轴旋转所述等离子体切割炬的子步骤。

21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括通过同一龙门上的同一等离子体切割炬向所述长材的斜角切口添加焊接坡口的子步骤。

22.根据权利要求1所述的方法，其中，所述等离子体切割炬被配置用于可调的倾斜。

23.一种处理长材的系统，包括：

机器床身；

龙门，其具有用于保持等离子体切割炬的动臂，所述等离子体切割炬用于切割在所述机器床身上的静止长材；

数控机器，其包括用于控制所述龙门和等离子体切割炬相对所述机器床身的移动的NC控制器；以及

保持装置，用于在通过所述等离子体切割炬在所述长材上执行切割操作的同时，在所述长材和机器床身的长度方向中保持所述长材在所述机器床身上静止；

其中，所述龙门在所述长度方向中沿机器床身和所述长材的实质长度可移动，

所述等离子体切割炬能够相对于用于定义所述长材的尺寸的任意坐标系统，在至少X轴、Y轴及Z轴中移动，以及绕扭转轴旋转，并且能够沿通过所述等离子体切割炬的中心的线延伸，经过所述动臂的焦点，所述焦点由所述扭转轴与通过所述等离子体切割炬的中心的线的交点形成；

所述等离子体切割炬适于旋转至水平方向和垂直方向，并在水平方向和垂直方向上切割所述长材，

其中，所述等离子体切割炬的尖端延伸超过所述焦点。

24.根据权利要求23所述的系统，其中，保持所述长材的装置包括在所述机器床身上的所述长材的重量。

25.根据权利要求23所述的系统，进一步包括所述长材与所述机器床身之间的支撑结构。

26.根据权利要求23所述的系统，其中，所述切割床身的长度实质上等于所述长材的长度。

27.根据权利要求23所述的系统，其中，所述等离子体切割炬包括动臂斜角头部。

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