钢结构二次数控成套加工设备的性能、特点及应用

作者：李胜军 管彤 宋晓明

欢迎访问e展厅 展厅 10 锻压/冲压/轧制设备展厅 压力机, 空气锤, 锻压机床, 单柱液压机, 四柱液压机, ... 摘要：钢结构二次数控成套加工设备，是钢结构规模生产质量保证的关键，在1998年前这类加工设备主要依赖进口，随着国产化的不断普及，对其性能和特点及应用在此做一些系统、详细地介绍，以方便钢构企业对二次数控成套加工设备有更多的了解。 钢结构的加工设备分两大类，一类是初加工设备，主要包括组立机、焊接机、矫正机、切割和清理抛丸设备，其作用是将平板加工成H型钢和箱型梁，阳通和华联已向客户提供了大量的初加工设备；第二类是二次数控成套加工设备，主要包括数控平面钻、数控三维钻、H型钢转角带锯、数控锁口铣、数控火焰锁口机、数控相贯线切割机、数控万能钻及工件自动传输系统，其作用是对成型的型钢进行二次加工，这类加工设备是钢结构规模生产质量保证的关键。 欧美国家的H型钢大多是专业厂生产，专业生产H型钢的方法有两种：一是热轧，二是高频焊。做为钢结构厂，一般不生产H型钢，只是对从专业厂买来的型钢进行二次加工，所以二次加工数控成套设备在西方国家得到了广泛应用，但98年前这一类设备在中国没有制造厂生产，所以国内大企业只好依赖进口，98年以后国内陆续开发制造钢结构二次数控成套加工设备，冠达尔、江南重工、宝冶、杭萧钢构、精工钢构、首钢、济钢、贝伦公司等著名的国内钢构企业，除以往的进口设备外，也陆续装备了国产的二次数控加工设备，再加上国内H型钢专业生产水平的提高，马钢、莱钢、上海大通已经形成规模，其专业生产的H型钢在品种、规格、交货期、质量方面也已渐趋国际水准。最近，杭萧和首钢也要准备购置高频焊生产线，蜂拥而起的H型钢专业生产，也为钢结构二次数控成套加工设备的推广起到积极的推动作用。 钢结构的应用面很广，世博会和奥运会的场馆建设、立体车库、住宅钢构、桥梁钢构、电站锅炉钢构、超高层的商用建筑，对二次加工设备需求有所不同。一般说来，立体停车库所使用型钢截面较小，大多在700×400mm（腹高×翼宽）以下，所以选用较为小型二次加工设备即可，如SWZ700型三维数控钻、BS750型转角带锯、PD16型数控平面钻、BM38型H型钢数控锁口铣；对于建筑钢结构而言，型钢截面大多在1000×500mm（腹板×翼宽）以下，所以要选用中型设备，如SWZ1000型三维数控钻、BS1000型转角带锯、BM38型H钢数控锁口铣、PD16型数控平面钻、BB12型数控火焰锁口机；对于超高层的商用建筑来说，其型钢的截面尺寸较大，上海环球金融中心的箱型柱竟达2000×1000mm，这样可以考虑选用SWZ1250型三维数控钻、BD200/3型三维数控钻、BS1250型转角带锯、BM38 型H型钢数控锁口铣、PD30型数控平面钻；对于桥梁钢结构和电站锅炉钢构而言，由于截面太大，可以考虑选用UD系列万能数控钻、PD30型数控平面钻BD200/3和BD1010/3型龙门移动式数控三维钻；对于场馆建设而言，除H型钢结构外还有不少管状结构，这就需要增加PB系列数控相贯线切割机；对于专业生产的H型钢，处于规模化的考虑，不宜于制作变截面型钢。而国内的不少钢构企业在门式轻钢建筑中，经常采用变截面结构，这完全是一个设计习惯问题。欧美日等国在门式轻钢中很少采用变截面结构，照常采用热轧或高频焊专业生产的等截面型钢，随着设计规范的接轨，国内的这些设计习惯也必然趋向于与国际同步。必须采用变截面的结构时，则需考虑选用UD系列万能钻和BD200/3、BD1010/3型龙门移动式(工件固定式)三维钻，这两类设备是解决变截面和超大截面型钢加工的必备设备。现就这类设备的性能和特点择要介绍如下： 1. 什么叫自控行程钻削动力头？ 自控行程钻削动力头是一项专有技术，它能自动进行快进、工进、快退的转换，无需人工设置钻头的有效长度和被钻工件的厚度。无空程消耗，简化了操作，避免了撞钻头情况出现。所有这些特点，一般的钻削动力头是无法实现的。为了提高性能，新推出的PD16B型双工作台数控平面钻，在自控行程的基础上又增加了钻头长度采集记忆功能，这样还可以减少辅助钻削时间，并且还能准确控制钻孔深度。 2.在数控平面钻中双工作台的优点是什么？ PD16型和PD30型数控平面钻有二个可交换式工作台，当一个工作台上工件正在钻孔时，另一个工作台可以移开，卸下成品工件，装上新的毛坯。使得钻孔和装卸工件的时间重合起来，钻削动力头不间断地工作，省去了装卸工件的辅助时间，大大提高了工效，一台PD16数控平面钻相当于3-4台摇臂钻的工效。 3.钻孔效率一般是多少？ 单一的钻孔效率主要取决于所使用钻头的种类，通常钻头有二种形式，其一是，使用高速钢钻头，这种钻头价格便宜、效率低，目前广为采用。当钻削普碳钢（Q235）时，钻头的线速度约为25m/min，进给量约为0.2-0.3mm/r，所以单一钻孔时间约为： t（秒）＝钻头直径（mm）×工件厚度（mm）×3/100。 其二是，使用进口的硬质合金钻头，这种钻头价格高、效率高。黛杰（日）、山特维克（瑞）、肯纳（美）等公司都能提供硬质合金钻头，其线速度不尽一致，大约在80-250m/min，效率较高速钢钻头提高了3-10倍。由于价格偏高，目前国内应用不够普遍。 除单一钻孔时间外，钻孔还需一部分辅助时间，如数控移动定位时间和钻头的初始轧刀时间，数控移动的定位速度一般为8-12m/min，这样综合考虑的钻孔时间为单一钻孔时间的1.3-1.5倍即可。 4.数控钻孔的精度是多少？ 在数控平面钻中，系统的定位精度为0.02mm左右，而直接一次钻孔的精度为0.3-0.4mm，因为实际钻孔中有很多影响因素。若想提高钻孔精度，必须采用复合加工，如钻中心孔、钻孔、铰孔等工序。其实，加工中心也是采用同样的方法提高孔加工的精度。 5.PD16型龙门移动式数控钻的最大钻孔直径只有φ50mm吗？ φ50mm的钻孔直径是指使用实心钻头时，一次性钻孔完成的最大直径。若使用套料钻头(空心钻)或扩钻等方法，钻孔直径还可加大。但套料钻头不宜于钻太深的孔，一般控制在25mm的厚度以下，因为钻孔太深时，这种套料钻头的结构型式排屑不畅，容易引起发热和钻头磨损。 6.钻削加工中有哪几种冷却方式？ 钻削加工中有两种冷却方式，其一是内冷却方式，这种方式的冷却效果好，但目前国内不能制造内冷却钻头，进口的内冷却钻头价格太高，应用不普遍；其二是外冷却方式，外冷却方式又有浇乳化液和雾化冷却二种情况，一般说雾化冷却的效果稍好，尤其水平钻孔时，气化后的冷却液可有助于冷却液的渗透。 7.七个数控轴的三维钻和四个数控轴的三维钻有何不同？ 三维钻既有七个数控轴的形式，也有四个数控轴的形式，其中SWZ1000型、SWZ1250型三维数控钻是七个数控轴，SWZ700型三维数控钻是四个数控轴。七个数控轴的三维数控钻成本比较高，但加工效率也比较高。每个钻削主轴皆可做二坐标的数控移动，再加上数控送料，所以有七个数控轴，尤其是当翼板、腹板上的孔不在同一截面时，三个钻削头仍能同时工作。并且加工孔组内(520mm以内)的孔时，工件不动，钻削头数控移动，加工孔组以外的孔，工件才做数控移动，所以这样定位的速度快，定位的精度高。而四个数控轴的三维钻成本较低，但缺乏上述优点。 8.工件移动式的三维钻和工件固定式的三维钻有什么不同？ 工件移动式的三维钻适合于中、小型H型钢的加工，这种方式便于连续生产，自动化程度高，易于实现与锯和锁口铣的自动联接，如SWZ700三维钻、SWZ1000型三维钻、SWZ1250型三维钻都是这种形式；工件固定式的三维钻适于大型型钢梁柱的加工，因为大型型钢移动速度太慢，移动所需的功率太大，不宜于采用工件移动的方式，这时则需要把工件固定住，让装有两个水平主轴和一个上主轴的龙门做数控移动，如BD200/3型和BD1010 /3型三维数控钻就是这种形式。但对于中、小型钢的加工不宜采用固定工件的方式，因为这种方式不易实现与锯和锁口铣的自动联接。 9.H型钢转角带锯与普通的卧式带锯有何不同？ H型钢转角带锯是H型钢的专用带锯，普通的卧式带锯不适于锯切H型钢，因为H型钢不同于角钢、槽钢、方钢管、圆钢，在锯切过程中，从翼板过渡到腹板时，锯齿的有效接触长度发生突变，锯条的涨力也随之突然加大，此时特别容易造成夹锯现象。针对这种情况，开发了H型钢专用带锯，并充分考虑了带锯的刚性、入切角度、涨紧、导向、夹持、锯切线速度控制和锯切的垂直进给等因素，所以形成了H型钢转角带锯所独有的特点，主要有三个方面：① 彻底解决了锯切H型钢的夹锯问题；② 锯切效率高，900×300mm的H型钢(腹板16mm，翼板30mm)，锯切时间为3分钟，效率比一般带锯提高了三倍； ③ 锯切平面度高，1000×500mm的范围内，平面度不超过0.7mm，而普通的卧式带锯平面度在3mm左右。 新推出BS1000A新型带锯，增加了中间锯条夹持器，并随动。锯架的垂直进给为电液比例控制，垂直进给速度随锯切截面的变化而自动变化，从而使锯切效率又有了大的提高，锯切平面度也较BS1000转角带锯有了改进。 10.H型钢数控锁口铣与火焰锁口机有什么区别？ BM38型H型钢数控锁口铣，是一种专用数控铣床，装有6把或12把铣刀，铣刀形式有三种：棒铣刀、锥铣刀、元宝铣刀，该锁口铣用于对H型钢的头部进行锁口，也是一种立体铣削。因为在多层和高层钢构中柱梁相接处总要锁口，锁口后的形状可以保证腹板的螺栓联接和翼板的坡口对焊。而BB12型数控火焰锁口机是一种六个数控轴的切割机器人，它是用于对型钢切肢加工，如蜂窝梁的加工、各种走线槽的加工等。数控锁口铣和火焰锁口机这两种设备是彼此不可取代的。 11.H型钢数控锁口铣为什么有单面、双面两种形式？ BM38/6H型钢数控锁口铣，是一种单面铣，共6把铣刀，在生产线的加工中，必须先铣头部，然后用吊车辅助调头再铣尾部，这样操作比校麻烦，但设备造价低。 BM38/12H型钢数控锁口铣，是一种双面铣，共12把铣刀，在生产线的加工中H型钢无需调头，直接通过后，头、尾都可以加工，操作简单，但设备造价高，因为这是两台单面锁口铣的组合。 12.纵向料道和横向料道的用途是什么？ 纵向料道和横向料道在钢构二次成套加工生产线中发挥着很重要的作用，它可以大大减少吊车的使用频次，提高生产的安全性和效率，这两种料道合称为工件自动传输系统。纵向料道中含动力料道和非动力料道，动力料道带有液压浮动装置，以便输送，同时具备工件侧推装置，自动扶正H型钢，所有纵向料道的送料辊都是淬火后磨削加工而成，避免侧推过程中送料辊表面刮伤后形成阻力。横向料道具有垂直举升和横向移动的功能，多条横向料道的移动是同步进行的，它的作用是解决H型钢的横向转移，并在生产线中兼有储料功能。 13.PB系列数控相贯线切割机最大特点是什么？ PB系列相贯线切割机由中外合作生产，该机有六个数控轴，同时装备火焰和等离子两种切割方式，主要元器件全部采用进口件，切割速度快、精度高。其最大特点是该机设有管子的顶部检测和侧面检测，利用这个功能可检测到切割位置管子的畸形(如：管子的椭圆度和外形圆度误差)以及管子弯曲引起的偏差。系统根据所测量的数值，自动修正补偿割炬的位置，保证切割精度。因为管子的实际轮廓曲线是不规整的，所以这项功能非常重要。当然对控制软件要求更高，在编程方面需要做大量的工作。此外，该机具有单独的割炬提升轴，对切割过程中割炬的位置进行补偿，保证割炬与工件的相对位置，提高了切割质量。为方便操作，工件装入后，卡盘可机动夹紧，无需人工夹紧。 14.为什么在钢构二次加工设备中不推荐使用端面铣？ 端面铣在国内不少钢构厂都有采用，端面不平整时确实需要加工，但欧美日的钢构厂并不采用端面铣铣削端头。主要的原因是，2000年前国内不能生产H型钢专用带锯，而进口的带锯又太贵，所以国内钢结构企业过去使用端面铣是可以理解的。2000年后，国内开发制造了H型钢专用带锯，在1000×500mm的范围内，平面度不超0.7mm，这种锯切质量完全达到国际同行的水准，也可以满足钢结构的锯切要求，与端面铣相比，带锯不仅可以加工端头，而且可以任意定长锯断，这是端面铣无法加工的。综合考虑，所以不宜推荐使用端面铣，选择H型钢专用带锯更合理。 15.预冲孔的檩条生产线与传统的檩条线有何不同？ 传统的檩条线先滚压成型，再用非数控的方法加工孔和切断，这种加工方法致使孔的位置和檩条长度都不准确，所以，多数国内企业索性采用长圆孔或现场配钻孔方法，这样又不符合规范要求。 预冲孔的檩条生产线其工艺流程完全不同于传统的方法，整个流程包括：开卷、校平、数控送料、数控冲孔(多套模具)、数控剪切、自动送料、滚压成型，这种工艺的最大特点是在滚压成型前进行数控预冲孔和数控预切断，并能保证孔位精度和檩条的切断精度。美国的巴特勒公司就采用这种预冲孔和预切断的工艺，并且所有冲孔均为圆孔，勿需现场配钻。这种檩条生产线是针对大规模的专业生产厂商提供的，造价也比较高。家电行业的洗衣机、冰箱、空调的外壳加工线与这种工艺相近，只不过比檩条更复杂些，汽车的车架纵梁也是这种工艺，当然汽车行业对精度的要求更高。(end)

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