鉆切銑復(fù)合機(jī)床的技術(shù)應(yīng)用
2022-4-19 來(lái)源： 滕州市三合機(jī)械股份有限公司 作者：康 彬 孫翠洪
一、概述
制造業(yè)發(fā)展到當(dāng)前階段，產(chǎn)能過(guò)剩，利潤(rùn)微薄，降本增效成為當(dāng)前工業(yè)制造業(yè)企業(yè)突圍的出路。對(duì)于鋼板作為生產(chǎn)原材料制造的企業(yè)來(lái)說(shuō)，如何提高材料利用效率、減少加工周轉(zhuǎn)時(shí)間，降低人工勞動(dòng)，提高生產(chǎn)效率，每個(gè)企業(yè)都會(huì)依據(jù)自身情況的不同都有不同的做法。
三合機(jī)械一直也在降本增效方面持續(xù)地做著改進(jìn)工作，其中包括了在切割套料中合理排版提高材料利用率、多采用加工中心、多功能機(jī)等降低加工周轉(zhuǎn)工序、減少輔助工時(shí)等具體的舉措。
我們公司在參加國(guó)外機(jī)床展覽會(huì)的時(shí)候就發(fā)現(xiàn) : 有美國(guó)廠商開(kāi)發(fā)出立式加工中心與等離子切割機(jī)復(fù)合加工的設(shè)備，但價(jià)格昂貴。公司結(jié)合企業(yè)加工生產(chǎn)狀況并且經(jīng)論證，開(kāi)發(fā)此機(jī)型設(shè)備很有必要，市場(chǎng)前景較好，使用該設(shè)備會(huì)讓用戶(hù)企業(yè)在鈑金下料、機(jī)械加工方面的效率有很大提升。
開(kāi)發(fā)此類(lèi)具有切鉆功能的復(fù)合機(jī)床，從行業(yè)的角度看，第一它可以作為定制款為大企業(yè)服務(wù)，針對(duì)企業(yè)用量比較大、特殊形狀、工序要求較多的板類(lèi)零件或其它薄零件提供優(yōu)化的操作程序、工裝夾具配件，使其加工更加高效、更加適合具體的要求。第二它可以為中厚板材經(jīng)銷(xiāo)商提供板材零售分割服務(wù)，拓展業(yè)務(wù)范圍，使切鉆銑機(jī)床并入互聯(lián)網(wǎng)，我們可以為經(jīng)銷(xiāo)商編制、改動(dòng)切割套料程序，減少他們專(zhuān)業(yè)人員的配置，經(jīng)銷(xiāo)商既可以為用料大客戶(hù)提供半成品板服務(wù)，也可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)承接來(lái)自小企業(yè)的批量小、品種多的小訂單。
采用復(fù)合機(jī)床進(jìn)行加工生產(chǎn)，減少了工件裝卸、更換和調(diào)整刀具的輔助時(shí)間，以及中間周轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的誤差，提高了零件的加工精度，縮短了產(chǎn)品制造周期，提高了生產(chǎn)效率和制造商的市場(chǎng)反應(yīng)能力，相對(duì)于傳統(tǒng)工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
隨著現(xiàn)代機(jī)械加工要求的不斷提高和環(huán)保要求的提升，復(fù)合型的、多軸聯(lián)型的、綠色環(huán)保的數(shù)控機(jī)床越來(lái)越受到大中企業(yè)的歡迎。未來(lái)綠色制造的大趨勢(shì)將使具有節(jié)能環(huán)保的機(jī)床加速發(fā)展、占領(lǐng)更多的市場(chǎng)。我們的機(jī)床配有集渣機(jī)構(gòu)、除塵設(shè)備，迎合了市場(chǎng)需求，具有良好的市場(chǎng)前景。項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后，不僅能為我們企業(yè)自身帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)、增加制造用工需求，同時(shí)也會(huì)為上下游的供應(yīng)商增加就業(yè)機(jī)會(huì)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。
二、設(shè)備介紹
本機(jī)床采用龍門(mén)式橫梁為主體不動(dòng)，鉆銑頭和切割頭在橫梁上沿導(dǎo)軌移動(dòng)，其次布局送料架夾持板料往前移、往后退，再細(xì)劃各功能動(dòng)作的細(xì)節(jié)過(guò)程，最后輔以換刀、切割、冷卻、收集、吸塵等附加功能。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中我們解決了三大難題 : 銑削動(dòng)態(tài)夾持的問(wèn)題。研發(fā)組通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)的成熟技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析并消化吸收，再向科研院所的專(zhuān)家學(xué)者進(jìn)行咨詢(xún)并進(jìn)行相關(guān)機(jī)構(gòu)可靠性研討，認(rèn)為五個(gè)液壓夾持鉗為主力、鉆銑頭下設(shè)輔助滾壓盤(pán)的結(jié)構(gòu)方式比較穩(wěn)妥可靠。為了鉗口適應(yīng) 6~40mm 不同板厚的夾持，上鉗口設(shè)計(jì)出獨(dú)特的曲線(xiàn)。對(duì)這兩項(xiàng)的結(jié)構(gòu)，利用三維立體設(shè)計(jì)軟件多次演示，反復(fù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)受力模擬和分析驗(yàn)證。為了更緊湊的布局刀庫(kù)、鉆銑頭和切割頭，研發(fā)課題組在常規(guī)主軸單元?jiǎng)恿鲃?dòng)形式的應(yīng)用基礎(chǔ)上，采用內(nèi)置打刀缸的主軸單元。
本機(jī)床是集切割、鉆、銑于一體的數(shù)控鉆切機(jī)床，集冷、熱加工為一體的高效率加工設(shè)備。作為多功能的、理想的板材加工系統(tǒng)，它集合了數(shù)控鉆銑床的快速鉆削、銑削、攻絲和等離子切割技術(shù)的多項(xiàng)功能為一體，一次裝夾能對(duì)工件完成下料、鉆、攻等多道工序，省卻了二次或三次加工、減少了工件周轉(zhuǎn)次數(shù)，使得生產(chǎn)效率上升到了一個(gè)新的臺(tái)階。它配備的具有 16 把刀位的快速換刀系統(tǒng)，使機(jī)器的功能更加強(qiáng)大，換刀更加迅速，基本能應(yīng)付得了加工鈑金類(lèi)零件的多種工序要求。機(jī)床整體布局圖如圖 1 所示。
圖 1 整體布局圖
產(chǎn)品主要構(gòu)造由機(jī)架部分、鉆銑頭部分、切割頭部分、送料架部分、前接料架部分、后托料架部分組成，采用了電、液、氣動(dòng)力，輔加了掃屑輥、刀庫(kù)、冷卻系統(tǒng)、吸塵凈化系統(tǒng)。機(jī)器有三個(gè)方向的主運(yùn)動(dòng)，另外還有兩大輔助運(yùn)動(dòng)。
各部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介如下 :
如圖 2 所示，機(jī)架部分由碳鋼板焊接加工而成，正面鑲有兩根平行的滾動(dòng)導(dǎo)軌，上部裝有齒條，左側(cè)端頭裝有圓盤(pán)式刀庫(kù)，機(jī)架頭下部裝有掃屑輥。
圖 2 機(jī)架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
鉆銑頭部分設(shè)有導(dǎo)軌、絲杠、直聯(lián)伺服電機(jī)，配有液壓缸做動(dòng)力升降的輔助滾壓盤(pán)（見(jiàn)圖 3）。
圖 3 鉆銑部分簡(jiǎn)圖
當(dāng)主軸抓刀后，鉆銑頭部分在橫梁上移到預(yù)定位時(shí)，滾壓盤(pán)由液壓缸帶動(dòng)下降至預(yù)定位置，機(jī)頭箱通過(guò)伺服電機(jī)、絲杠移動(dòng)帶動(dòng)主軸下降完成鉆孔等切削加工功能。切割頭部分前端附著割矩，由另外一個(gè)伺服電機(jī)通過(guò)絲杠帶動(dòng)下降到所需位置，再通過(guò)套料軟件的程序控制切割出所需形狀。
送料架部分由夾鉗作為主體的夾持部件、齒輪齒條傳動(dòng)部件、電機(jī)液壓缸等動(dòng)力部件組成。當(dāng)板料被送至夾鉗口，夾料液壓缸動(dòng)作，夾持力由壓力檢測(cè)開(kāi)關(guān)限定，Y 向電機(jī)動(dòng)作，通過(guò)齒輪齒條帶動(dòng)板料沿導(dǎo)軌前后移動(dòng)。
前接料架部分由兩部分合成，類(lèi)似排屑器的小件收集器及板條托架。被切割的小件從傾料臺(tái)處滑入收集器槽，再隨鏈板被傳動(dòng)到料箱內(nèi)。大件及切割余框被推至板條托架上。
后托料架部分用來(lái)放置原材板料，為了減少原材料前后滾動(dòng)及右移至鉗口的運(yùn)動(dòng)磨擦力，托料架上設(shè)置了長(zhǎng)的圓滾筒及諸多個(gè)滾球。
機(jī)架的左端頭配備了圓盤(pán)式刀庫(kù)，右端頭裝有懸臂式操作臺(tái)。
在工藝實(shí)施方面，機(jī)床關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件及承重部件，采用高強(qiáng)度、高剛性的鋼板焊接式結(jié)構(gòu)，銑削頭主軸箱選用高強(qiáng)度箱體式結(jié)構(gòu)，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真分析（CAE）最大限度地保證機(jī)床在鉆切、銑削時(shí)的抗彎和抗扭曲強(qiáng)度 ; 箱體運(yùn)行導(dǎo)軌采用對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，保證機(jī)床在運(yùn)動(dòng)中保持最佳的穩(wěn)定性 ,為實(shí)現(xiàn)孔的鉆攻和板料的銑削功能奠定了基礎(chǔ)，保證了加工的精度和尺寸的穩(wěn)定性。
XY 兩個(gè)方向因行程較長(zhǎng)而采用了齒輪齒條的傳動(dòng)方式，以確保傳動(dòng)過(guò)程中的精度及加工時(shí)需要的扭矩。
環(huán)保方面的設(shè)計(jì)，割矩下方設(shè)有集塵渣吸塵空間，通過(guò)風(fēng)管被吸塵器抽走大部分的煙塵，并經(jīng)濕式除塵法凈化，再排到大氣中，在一定程度上減少切割粉塵對(duì)環(huán)境的污染。
節(jié)約能源方面，X/Y/Z 向伺服電機(jī)經(jīng)過(guò)計(jì)算優(yōu)選，既能保證傳動(dòng)的足夠扭矩，又減少了對(duì)能源的消耗。
導(dǎo)軌是機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度的直接體現(xiàn)，導(dǎo)軌的質(zhì)量和精度是機(jī)床實(shí)現(xiàn)切削功能的根本基礎(chǔ)。機(jī)頭移動(dòng)方向、送料方向、鉆銑頭、割矩升降方向均采用精密線(xiàn)性導(dǎo)軌，承載好、精度穩(wěn)定，具有良好的剛性和運(yùn)動(dòng)精度。
為了保證機(jī)床的精度，零件從加工和裝配方面嚴(yán)格按照工藝操作規(guī)程操作，關(guān)鍵零部件的加工由數(shù)控龍門(mén)銑和落地鏜來(lái)保證。機(jī)床裝配在高清潔度安裝車(chē)間進(jìn)行，保證了安裝部件的潔凈。
本機(jī)床具有自身特有的加工系統(tǒng)程序，加工程序流程圖如圖 4 所示，包括兩種加工流程，鉆銑加工和切割加工所有控制程序的開(kāi)發(fā)研制是自主研發(fā)的，并已取得軟件著作權(quán)，著作權(quán)號(hào):2021SR0512247
圖 4 軟件加工流程圖
鉆銑步驟 : 確定加工刀具參數(shù)，識(shí)別加工工藝表，確定刀位，然后刀庫(kù)配刀，根據(jù)工藝表生成加工程序，將加工程序反饋至鉆切銑復(fù)合數(shù)控系統(tǒng)，鉆切銑復(fù)合數(shù)控系統(tǒng)將加工信號(hào)發(fā)送至主軸開(kāi)始工作，主軸開(kāi)始工作后判斷是否完成，未完成將繼續(xù)完成，如果完成將發(fā)送完成信號(hào)至鉆切銑復(fù)合數(shù)控系統(tǒng)，同時(shí)伺服電機(jī)通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)將加工數(shù)據(jù)反饋至鉆切銑復(fù)合數(shù)控系統(tǒng) ;切割步驟 : 確定鋼板參數(shù)后產(chǎn)生工件參數(shù)表，根據(jù)切割電流、速度電機(jī)噴嘴型號(hào)確定切割工藝表，確定切割路徑生成切割程序，切割程序通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)反饋至鉆切銑復(fù)合數(shù)控系統(tǒng)。鉆切銑復(fù)合數(shù)控系統(tǒng)將鉆銑完成信號(hào)發(fā)送至等離子切割后開(kāi)始進(jìn)行切割加工，根據(jù)切割程序切割完成后，切割后的成品及廢料經(jīng)前接料架自動(dòng)翻轉(zhuǎn)卸料，同時(shí)等離子切割加工將切割數(shù)據(jù)反饋至鉆切銑復(fù)合數(shù)控系統(tǒng)。
機(jī)床已達(dá)到的的技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)如下 :
三、技術(shù)創(chuàng)新
本機(jī)床創(chuàng)新性體現(xiàn)在銑削時(shí)能隨動(dòng)夾持板料，并且把冷卻、集渣、集塵綜合布局了進(jìn)去，利于環(huán)保。
主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)為 :
（1）該產(chǎn)品把立式加工中心的功能和等離子切割的功能通過(guò)軟件完美無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了中厚板材類(lèi)零件的從原材料板材直接加工出合格的零件，實(shí)現(xiàn)了下料和多工序金切復(fù)合和冷熱加工的復(fù)合，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率。達(dá)到了快速、省工、經(jīng)濟(jì)的板材下料目的。雙頭關(guān)鍵部件如圖5 所示。
圖 5 雙頭關(guān)鍵部件圖
（2）采用多個(gè)夾鉗為主夾持、隨動(dòng)滾壓盤(pán)為輔助壓料的夾緊方式，實(shí)現(xiàn)了原料板材在移動(dòng)中被銑削的夾持方式。使隨動(dòng)銑削功能得到應(yīng)用。
（3）采用內(nèi)置液壓打刀缸的主軸單元（見(jiàn)圖6），使銑削機(jī)頭結(jié)構(gòu)更加緊湊外形更小，為刀庫(kù)換刀功能增加了穩(wěn)定性，并為切割功能提供了更多的行程。
圖 6 主軸單元示意圖
（4）采用五個(gè)夾鉗夾持大面積板材，伺服電機(jī)帶動(dòng)齒輪沿齒條運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)板料的進(jìn)退、輔助以數(shù)個(gè)滾球支撐，減少了板料移動(dòng)中的磨擦力。
（5）運(yùn)用傾料臺(tái)的下降及定向旋轉(zhuǎn)使被切割后的小板料從主板分離后滑入集料器，省卻了人工拾取工件的過(guò)程。
四、市場(chǎng)前景
本機(jī)床技術(shù)先進(jìn)、附加值高，主要客戶(hù)對(duì)象為國(guó)內(nèi)中厚板材供應(yīng)商，也可銷(xiāo)往歐洲市場(chǎng)、北美市場(chǎng)以及南非市場(chǎng)，產(chǎn)品適銷(xiāo)對(duì)路，市場(chǎng)廣闊，可以為國(guó)家創(chuàng)收外匯，項(xiàng)目具有較好的社會(huì)效益。在研發(fā)過(guò)程中，公司貫徹技術(shù)進(jìn)步的方針，積極采用具有國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平的制造工藝和裝備，以保證產(chǎn)品的高質(zhì)量和低成本。本機(jī)床的工藝及裝備水平居國(guó)內(nèi)同行業(yè)先進(jìn)水平。
在研發(fā)時(shí)充分考慮了環(huán)境保護(hù)和勞動(dòng)安全衛(wèi)生等因素。對(duì)各種可能產(chǎn)生的污染和危害均采取了有效的防范措施，達(dá)到了國(guó)家規(guī)定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。同時(shí)該產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化后，可直接提供大量就業(yè)崗位，拓展相關(guān)延伸供應(yīng)鏈，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。
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