鋼結構二次數控成套加工設備的性能、特點及應用

　　鋼結構的加工設備分兩大類，一類是初加工設備，主要包括組立機、焊接機、矯正機、切割和清理拋丸設備，其作用是將平板加工成H型鋼和箱型梁，陽通和華聯已向客戶提供了大量的初加工設備；第二類是二次數控成套加工設備，主要包括數控平面鉆、數控三維鉆、H型鋼轉角帶鋸、數控鎖口銑、數控火焰鎖口機、數控相貫線切割機、數控萬能鉆及工件自動傳輸系統，其作用是對成型的型鋼進行二次加工，這類加工設備是鋼結構規模生產質量保證的關鍵。


　　歐美國家的H型鋼大多是專業廠生產，專業生產H型鋼的方法有兩種：一是熱軋，二是高頻焊。做為鋼結構廠，一般不生產H型鋼，只是對從專業廠買來的型鋼進行二次加工，所以二次加工數控成套設備在西方國家得到了廣泛應用，但98年前這一類設備在中國沒有制造廠生產，所以國內大企業只好依賴進口，98年以后國內陸續開發制造鋼結構二次數控成套加工設備，冠達爾、江南重工、寶冶、杭蕭鋼構、精工鋼構、首鋼、濟鋼、貝倫公司等著名的國內鋼構企業，除以往的進口設備外，也陸續裝備了國產的二次數控加工設備，再加上國內H型鋼專業生產水平的提高，馬鋼、萊鋼、上海大通已經形成規模，其專業生產的H型鋼在品種、規格、交貨期、質量方面也已漸趨國際水準。最近，杭蕭和首鋼也要準備購置高頻焊生產線，蜂擁而起的H型鋼專業生產，也為鋼結構二次數控成套加工設備的推廣起到積極的推動作用。


　　鋼結構的應用面很廣，世博會和奧運會的場館建設、立體車庫、住宅鋼構、橋梁鋼構、電站鍋爐鋼構、超高層的商用建筑，對二次加工設備需求有所不同。一般說來，立體停車庫所使用型鋼截面較小，大多在700×400mm(腹高×翼寬)以下，所以選用較為小型二次加工設備即可，如SWZ700型三維數控鉆、BS750型轉角帶鋸、PD16型數控平面鉆、BM38型H型鋼數控鎖口銑；對于建筑鋼結構而言，型鋼截面大多在1000×500mm(腹板×翼寬)以下，所以要選用中型設備，如SWZ1000型三維數控鉆、BS1000型轉角帶鋸、BM38型H鋼數控鎖口銑、PD16型數控平面鉆、BB12型數控火焰鎖口機；對于超高層的商用建筑來說，其型鋼的截面尺寸較大，上海環球金融中心的箱型柱竟達2000×1000mm，這樣可以考慮選用SWZ1250型三維數控鉆、BD200/3型三維數控鉆、BS1250型轉角帶鋸、BM38型H型鋼數控鎖口銑、PD30型數控平面鉆；對于橋梁鋼結構和電站鍋爐鋼構而言，由于截面太大，可以考慮選用UD系列萬能數控鉆、PD30型數控平面鉆BD200/3和BD1010/3型龍門移動式數控三維鉆；對于場館建設而言，除H型鋼結構外還有不少管狀結構，這就需要增加PB系列數控相貫線切割機；對于專業生產的H型鋼，處于規模化的考慮，不宜于制作變截面型鋼。而國內的不少鋼構企業在門式輕鋼建筑中，經常采用變截面結構，這完全是一個設計習慣問題。歐美日等國在門式輕鋼中很少采用變截面結構，照常采用熱軋或高頻焊專業生產的等截面型鋼，隨著設計規范的接軌，國內的這些設計習慣也必然趨向于與國際同步。必須采用變截面的結構時，則需考慮選用UD系列萬能鉆和BD200/3、BD1010/3型龍門移動式(工件固定式)三維鉆，這兩類設備是解決變截面和超大截面型鋼加工的必備設備。現就這類設備的性能和特點擇要介紹如下：


　　1.什么叫自控行程鉆削動力頭？


　　自控行程鉆削動力頭是一項專有技術，它能自動進行快進、工進、快退的轉換，無需人工設置鉆頭的有效長度和被鉆工件的厚度。無空程消耗，簡化了操作，避免了撞鉆頭情況出現。所有這些特點，一般的鉆削動力頭是無法實現的。為了提高性能，新推出的PD16B型雙工作臺數控平面鉆，在自控行程的基礎上又增加了鉆頭長度采集記憶功能，這樣還可以減少輔助鉆削時間，并且還能準確控制鉆孔深度。


　　2.在數控平面鉆中雙工作臺的優點是什么？


　　PD16型和PD30型數控平面鉆有二個可交換式工作臺，當一個工作臺上工件正在鉆孔時，另一個工作臺可以移開，卸下成品工件，裝上新的毛坯。使得鉆孔和裝卸工件的時間重合起來，鉆削動力頭不間斷地工作，省去了裝卸工件的輔助時間，大大提高了工效，一臺PD16數控平面鉆相當于3-4臺搖臂鉆的工效。


　　3.鉆孔效率一般是多少？


　　單一的鉆孔效率主要取決于所使用鉆頭的種類，通常鉆頭有二種形式，其一是，使用高速鋼鉆頭，這種鉆頭價格便宜、效率低，目前廣為采用。當鉆削普碳鋼(Q235)時，鉆頭的線速度約為25m/min，進給量約為0.2-0.3mm/r，所以單一鉆孔時間約為：


　　t(秒)＝鉆頭直徑(mm)×工件厚度(mm)×3/100。


　　其二是，使用進口的硬質合金鉆頭，這種鉆頭價格高、效率高。黛杰(日)、山特維克(瑞)、肯納(美)等公司都能提供硬質合金鉆頭，其線速度不盡一致，大約在80-250m/min，效率較高速鋼鉆頭提高了3-10倍。由于價格偏高，目前國內應用不夠普遍。


　　除單一鉆孔時間外，鉆孔還需一部分輔助時間，如數控移動定位時間和鉆頭的初始軋刀時間，數控移動的定位速度一般為8-12m/min，這樣綜合考慮的鉆孔時間為單一鉆孔時間的1.3-1.5倍即可。


　　4.數控鉆孔的精度是多少？


　　在數控平面鉆中，系統的定位精度為0.02mm左右，而直接一次鉆孔的精度為0.3-0.4mm，因為實際鉆孔中有很多影響因素。若想提高鉆孔精度，必須采用復合加工，如鉆中心孔、鉆孔、鉸孔等工序。其實，加工中心也是采用同樣的方法提高孔加工的精度。


　　5.PD16型龍門移動式數控鉆的最大鉆孔直徑只有φ50mm嗎？


　　φ50mm的鉆孔直徑是指使用實心鉆頭時，一次性鉆孔完成的最大直徑。若使用套料鉆頭(空心鉆)或擴鉆等方法，鉆孔直徑還可加大。但套料鉆頭不宜于鉆太深的孔，一般控制在25mm的厚度以下，因為鉆孔太深時，這種套料鉆頭的結構型式排屑不暢，容易引起發熱和鉆頭磨損。


　　6.鉆削加工中有哪幾種冷卻方式？


　　鉆削加工中有兩種冷卻方式，其一是內冷卻方式，這種方式的冷卻效果好，但目前國內不能制造內冷卻鉆頭，進口的內冷卻鉆頭價格太高，應用不普遍；其二是外冷卻方式，外冷卻方式又有澆乳化液和霧化冷卻二種情況，一般說霧化冷卻的效果稍好，尤其水平鉆孔時，氣化后的冷卻液可有助于冷卻液的滲透。


　　7.七個數控軸的三維鉆和四個數控軸的三維鉆有何不同？


　　三維鉆既有七個數控軸的形式，也有四個數控軸的形式，其中SWZ1000型、SWZ1250型三維數控鉆是七個數控軸，SWZ700型三維數控鉆是四個數控軸。七個數控軸的三維數控鉆成本比較高，但加工效率也比較高。每個鉆削主軸皆可做二坐標的數控移動，再加上數控送料，所以有七個數控軸，尤其是當翼板、腹板上的孔不在同一截面時，三個鉆削頭仍能同時工作。并且加工孔組內(520mm以內)的孔時，工件不動，鉆削頭數控移動，加工孔組以外的孔，工件才做數控移動，所以這樣定位的速度快，定位的精度高。而四個數控軸的三維鉆成本較低，但缺乏上述優點。


　　8.工件移動式的三維鉆和工件固定式的三維鉆有什么不同？


　　工件移動式的三維鉆適合于中、小型H型鋼的加工，這種方式便于連續生產，自動化程度高，易于實現與鋸和鎖口銑的自動聯接，如SWZ700三維鉆、SWZ1000型三維鉆、SWZ1250型三維鉆都是這種形式；工件固定式的三維鉆適于大型型鋼梁柱的加工，因為大型型鋼移動速度太慢，移動所需的功率太大，不宜于采用工件移動的方式，這時則需要把工件固定住，讓裝有兩個水平主軸和一個上主軸的龍門做數控移動，如BD200/3型和BD1010 /3型三維數控鉆就是這種形式。但對于中、小型鋼的加工不宜采用固定工件的方式，因為這種方式不易實現與鋸和鎖口銑的自動聯接。


　　9.H型鋼轉角帶鋸與普通的臥式帶鋸有何不同？


　　H型鋼轉角帶鋸是H型鋼的專用帶鋸，普通的臥式帶鋸不適于鋸切H型鋼，因為H型鋼不同于角鋼、槽鋼、方鋼管、圓鋼，在鋸切過程中，從翼板過渡到腹板時，鋸齒的有效接觸長度發生突變，鋸條的漲力也隨之突然加大，此時特別容易造成夾鋸現象。針對這種情況，開發了H型鋼專用帶鋸，并充分考慮了帶鋸的剛性、入切角度、漲緊、導向、夾持、鋸切線速度控制和鋸切的垂直進給等因素，所以形成了H型鋼轉角帶鋸所獨有的特點，主要有三個方面：①徹底解決了鋸切H型鋼的夾鋸問題；②鋸切效率高，900×300mm的H型鋼(腹板16mm，翼板30mm)，鋸切時間為3分鐘，效率比一般帶鋸提高了三倍；③鋸切平面度高，1000×500mm的范圍內，平面度不超過0.7mm，而普通的臥式帶鋸平面度在3mm左右。


　　新推出BS1000A新型帶鋸，增加了中間鋸條夾持器，并隨動。鋸架的垂直進給為電液比例控制，垂直進給速度隨鋸切截面的變化而自動變化，從而使鋸切效率又有了大的提高，鋸切平面度也較BS1000轉角帶鋸有了改進。


　　10.H型鋼數控鎖口銑與火焰鎖口機有什么區別？


　　BM38型H型鋼數控鎖口銑，是一種專用數控銑床，裝有6把或12把銑刀，銑刀形式有三種：棒銑刀、錐銑刀、元寶銑刀，該鎖口銑用于對H型鋼的頭部進行鎖口，也是一種立體銑削。因為在多層和高層鋼構中柱梁相接處總要鎖口，鎖口后的形狀可以保證腹板的螺栓聯接和翼板的坡口對焊。而BB12型數控火焰鎖口機是一種六個數控軸的切割機器人，它是用于對型鋼切肢加工，如蜂窩梁的加工、各種走線槽的加工等。數控鎖口銑和火焰鎖口機這兩種設備是彼此不可取代的。


　　11.H型鋼數控鎖口銑為什么有單面、雙面兩種形式？


　　BM38/6H型鋼數控鎖口銑，是一種單面銑，共6把銑刀，在生產線的加工中，必須先銑頭部，然后用吊車輔助調頭再銑尾部，這樣操作比校麻煩，但設備造價低。


　　BM38/12H型鋼數控鎖口銑，是一種雙面銑，共12把銑刀，在生產線的加工中H型鋼無需調頭，直接通過后，頭、尾都可以加工，操作簡單，但設備造價高，因為這是兩臺單面鎖口銑的組合。


　　12.縱向料道和橫向料道的用途是什么？


　　縱向料道和橫向料道在鋼構二次成套加工生產線中發揮著很重要的作用，它可以大大減少吊車的使用頻次，提高生產的安全性和效率，這兩種料道合稱為工件自動傳輸系統。縱向料道中含動力料道和非動力料道，動力料道帶有液壓浮動裝置，以便輸送，同時具備工件側推裝置，自動扶正H型鋼，所有縱向料道的送料輥都是淬火后磨削加工而成，避免側推過程中送料輥表面刮傷后形成阻力。橫向料道具有垂直舉升和橫向移動的功能，多條橫向料道的移動是同步進行的，它的作用是解決H型鋼的橫向轉移，并在生產線中兼有儲料功能。


　　13.PB系列數控相貫線切割機最大特點是什么？


　　PB系列相貫線切割機由中外合作生產，該機有六個數控軸，同時裝備火焰和等離子兩種切割方式，主要元器件全部采用進口件，切割速度快、精度高。其最大特點是該機設有管子的頂部檢測和側面檢測，利用這個功能可檢測到切割位置管子的畸形(如：管子的橢圓度和外形圓度誤差)以及管子彎曲引起的偏差。系統根據所測量的數值，自動修正補償割炬的位置，保證切割精度。因為管子的實際輪廓曲線是不規整的，所以這項功能非常重要。當然對控制軟件要求更高，在編程方面需要做大量的工作。此外，該機具有單獨的割炬提升軸，對切割過程中割炬的位置進行補償，保證割炬與工件的相對位置，提高了切割質量。為方便操作，工件裝入后，卡盤可機動夾緊，無需人工夾緊。


　　14.為什么在鋼構二次加工設備中不推薦使用端面銑？


　　端面銑在國內不少鋼構廠都有采用，端面不平整時確實需要加工，但歐美日的鋼構廠并不采用端面銑銑削端頭。主要的原因是，2000年前國內不能生產H型鋼專用帶鋸，而進口的帶鋸又太貴，所以國內鋼結構企業過去使用端面銑是可以理解的。2000年后，國內開發制造了H型鋼專用帶鋸，在1000×500mm的范圍內，平面度不超0.7mm，這種鋸切質量完全達到國際同行的水準，也可以滿足鋼結構的鋸切要求，與端面銑相比，帶鋸不僅可以加工端頭，而且可以任意定長鋸斷，這是端面銑無法加工的。綜合考慮，所以不宜推薦使用端面銑，選擇H型鋼專用帶鋸更合理。


　　15.預沖孔的檁條生產線與傳統的檁條線有何不同？


　　傳統的檁條線先滾壓成型，再用非數控的方法加工孔和切斷，這種加工方法致使孔的位置和檁條長度都不準確，所以，多數國內企業索性采用長圓孔或現場配鉆孔方法，這樣又不符合規范要求。


　　預沖孔的檁條生產線其工藝流程完全不同于傳統的方法，整個流程包括：開卷、校平、數控送料、數控沖孔(多套模具)、數控剪切、自動送料、滾壓成型，這種工藝的最大特點是在滾壓成型前進行數控預沖孔和數控預切斷，并能保證孔位精度和檁條的切斷精度。美國的巴特勒公司就采用這種預沖孔和預切斷的工藝，并且所有沖孔均為圓孔，勿需現場配鉆。這種檁條生產線是針對大規模的專業生產廠商提供的，造價也比較高。家電行業的洗衣機、冰箱、空調的外殼加工線與這種工藝相近，只不過比檁條更復雜些，汽車的車架縱梁也是這種工藝，當然汽車行業對精度的要求更高。

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