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数控钻孔切割机的制造和应用

浏览次数: 日期:2016年10月11日 13:36

  1.前言
  数控钻孔切割机是无锡华联科技集团有限公司研制开发的具有先进水平的新型加工设备。数控平面钻床是一种以电脑编程方式对板材进行自动钻孔的金属切削机床。数控切割机是一种以电脑编程方式切割出各种形状的平板型零件的金属热加工机床。数控钻孔切割机是一种结合数控平面钻床和数控切割机各自特点的组合机床。当工件不需要钻孔时,可以和其他钢板切割设备一样准确无误的进行钢板切割下料;当工件需要钻孔、攻丝时,又可以先进行钻孔、攻丝,再进行切割下料,数控钻孔切割机实现了一机多用,大大提高了工作效率。
数控钻孔切割机适用于造船、机械、化工设备、锅炉制造、机车车辆,石油化工等制造行业,是钢板高精度钻孔、攻丝和热切割的自动一体化加工设备。
  2.国内外同类设备的现状及价格
  国外的数控钻孔切割机发展较早,一些较为知名的厂家都是在数控切割机的基础上采用舒能高速动力头(下图)

 

 

或刀塔动力头(下图)

 

 

由于舒能高速动力头及其配套功能部件和刀塔动力头的价格较高,这些设备的价格都要上百万元。
国内的数控钻孔切割机发展也是近几年起步,梅塞尔采用舒能高速动力头和法利莱(下图)。

 

 

  的主轴机构比较复杂,他们的设备价格也很高。如何最大限度的开发性能不比国内外同类产品差、价格比国内外同类产品低的数控钻孔切割机成为该机的最大难题。我们通过不断的摸索,采用少量部件购买国产品牌并将一些功能部件自主化制造(已获得多项国家专利),使得一台配置有等离子切割功能的数控钻孔切割机价格控制在几十万元左右。


3.主要技术参数

 

 

 

数控系统

FAGOR 8055

钻孔能力

Φ5-Φ30 mm

有效切割宽度

2500mm-4500mm

攻丝能力

M6-M16

有效切割长度

3500mm-9500mm

主轴规格

BT40

快速行走速度

24000mm/min

主轴钻速

150-3000rpm

切割方式

火焰/等离子

主轴升降行程

400mm

切割速度

100-3000mm/min

铁板压紧装置

2

割炬升降行程

150mm

刀库刀具数量

3组(自动换刀)

定位精度

±0.2 mm

长度检测装置

1

重复精度

±0.2 mm

喷雾冷却装置

1

 

  4.设备制造构成
  4.1主机
  主机是该机的主体,它是由横梁部件、主机架部件、副机架部件、纵向驱动装置、驱动溜板、主轴升降机构、主轴部件、铁板压紧装置、刀库组件、冷却装置、从动溜板、割炬升降、等离子切割系统等组成,采用双边驱动的门式结构。
  4.1.1横梁部件
  横梁采用钢管和钢板焊接而成的箱形结构,其特点是刚性好,外形美观。横梁后侧上下装有直线导轨,并装有齿条,驱动溜板部件上的输出齿轮与之相啮合,实现割炬横向运动。
  4.1.2主机架部件
  主机架是由钢管和钢板焊接而成,其两端装有支承整机的两滚轮和二组侧向导向滚轮,侧向导向滚轮用以调整主机与纵向主导轨的侧向间隙,其在整机往复移动时起导向作用,并装有纵向驱动装置;两顶端分别装有除尘器以清除导轨表面的污物,具有结构紧凑,工作可靠的特点。
  4.1.3副机架部件
  副机架部件结构形式与主机架基本相同,仅为对称制作。
  4.1.4纵向驱动装置
  纵向驱动装置装于主机架部件和副机架部件之上,是采用德国原装行星齿轮减速机装配有精密导向,齿隙拉紧机构,经输出轴齿轮与纵向导轨上的齿条相啮合,带动整机作纵向移动。
  4.1.5驱动溜板
  驱动溜板采用德国原装行星齿轮减速机,装配有精密导向,经输出齿轮与齿条相啮合作横向移动。
  4.1.6主轴升降机构
  主轴升降机构采用伺服电机通过滚珠丝杆带动使安装在直线导轨上的拖板作上下运动,从而能使安装在拖板上的主轴部件进行换刀、快进、攻进等升降动作。
  4.1.7主轴部件
    主轴部件主要由主轴箱、主轴伺服电机、高速主轴和打刀缸组成,主轴伺服电机通过同步带轮和同步带使得高速主轴高速转动,打刀缸根据需要在换刀时动作。
  4.1.8铁板压紧装置
    铁板压紧装置由两组前端装有半环形压板的带导杆气缸左右对称安装在主轴部件两侧,通过带导杆气缸的伸缩运动带动半环形压板上下运动,从而实现工件压紧与松开。
  4.1.9刀库组件
    刀库组件是由三个直线分布在刀架上的钻削刀柄组成,每个钻削刀柄下面装有方型传感器;在刀架的一侧安装有可测定钻削刀柄刃具长度的对刀撞头及其感应装置。
  4.1.10冷却装置
    冷却装置是由安装在箱体上的气雾冷却泵作为控制部分,把压缩空气和箱体内的冷却液分别通过管路间歇性释放到柔性喷嘴中,柔性喷嘴就会把气雾状的冷却液间歇性喷到机床主轴加工处进行冷却。
  4.1.11从动溜板
    从动溜板通过硬联接和驱动溜板连接,用于安装割炬升降。
  4.1.12割炬升降
    割炬升降是由升降电机通过丝杆带动导轨滑块使与之联接的割炬作上下升降运动,从而能使割嘴与被切割工件间调整保持合适的距离。由于具有上述纵向及横向运动,于是就可将割炬移动到X、Y座标上任何点。割  距的升降也实现了被切割钢板不同厚度要求的调整。
  4.1.13等离子切割系统
    等离子电源根据电源大小安装在横梁或地面固定位置上,等离子割炬安装在升降体上,自动升降需配电容式调高器或弧压式自动调高系统,保证切割高度位置与钢板恒定,通过控制系统面板自动/手控制起弧、灭弧,就能进行等离子切割。
  4.1.14等离子割炬弧压式调高
    由于等离子切割时割嘴与工件之间的距离在3-5 mm时切割质量是最好的,应通过非接触式传感装置加以控制,在整个切割过程中非接触高度传感器能使割嘴与工件之间的距离保持不变.保证等离子切割时的切割质量。
  4.2电气控制部分
    数控钻孔切割机的电气控制部分,由数控、电气、伺服三个子系统组成,本厂生产数控切割机其控制系统主要部分均采用原装进口,国外知名品牌。系统采用模块化结构,布线简捷、合理、规范、维修方便,由于大量采用规模集成电路,具有体积小,性能稳定等优点;系统还具有故障历史记录,故障报警,自我诊断,有效地保护人员和设备的安全;系统具有多种语言菜单(包括中文),可以很方便的进行人机对话,具有多种输入方式,操作灵活方便,还可与PC机通讯实现自动编程,由于实现计算机操作,大大方便了用户,节约时间,保证了操作稳定可靠。
  4.2.1数控系统
  西班牙FAGOR 8055数控系统
  它具有卓越的智慧和极广泛的用途,可以胜任几乎所有的自动钻孔和切割加工,功能强大,操作方便,容易学习使用,是钻孔和切割加工中较为普及的控制系统,可应用于数控车床,数控磨床等类型的加工场合。
  4.2.2电气系统
  采用模块化设计,布线简便合理、规范,加上大量采用国内外知名品牌的电器元件,电缆,附件,确保了电气部份可靠性。
  4.2.3伺服系统
  伺服系统选用原装进口著名品牌:
  日本松下和西班牙FAGOR全数字式交流伺服系统:  
  日本松下和西班牙FAGOR交流伺服驱动器
  日本松下和西班牙FAGOR交流伺服电机  
  1)  交流伺服电机体积小、输出扭距大、反应快、采用增量式脉冲编码器作为位置反馈和速度反馈元件,安装方便、外形美观。
  2)  驱动器是全数字式、功率电源和控制逻辑整合模块式结构。调整范围宽,布线简捷、性能稳定,操作方便。
  3)  全软件化参数设定,其中增益、时间常数,零漂补偿,加减速、转矩限制、位置反馈变换等参数,以及自动增益调整等功能 ,确保机器的响应、精度和稳定性。
  4)  过流、过压、欠压、过速,限位等报警保护功能,以及故障历史记录和I/O状态检查等功能使对机器的保护和维修更加快速有效。
  4.3管路系统和吊架
  纵向管路吊架为钢板焊接结构装于车间墙壁(或其它固定物)上,将工程塑料拖链装于吊架上进行拖动。
  横向管路采用工程塑料拖链进行拖动。
  4.4计算机自动套料软件
    钢板切割编程套料软件的功能几乎包括了所有钢板加工工艺。软件的技术功能包括了从工程制图、工程图输入、DXF文件优化编辑、切割路径设置、NC输出、批量零件优化配套、加工过程中材料、工时和损耗等成本的核算和管理。
4.5纵向导轨
    纵向导轨主要由主、副导轨、齿条等组成。导轨采用43 kg/m钢轨经过精加工后,安装在沉梁上,机器纵向操作时沿此导轨运行。主导轨上装有纵向齿条,由主机架上的输出齿轮与之相啮合,实现主机的纵向运动。主、副导轨安装后要保持一定的平行度、平面度,主导轨两端装有防撞块,以防止机架脱轨。
  5.加工应用
  数控钻孔切割机由于具有钻孔功能,等离子的最大穿孔切割厚度可以达到边缘切割厚度。例如某等离子电源的穿孔切割厚度为25mm,边缘切割厚度为50mm,只需要在穿孔切割引弧启始位置钻一小孔,这样等离子的穿孔切割厚度就可以达到边缘切割厚度的50mm,有效的为用户节约了购买设备成本。切割样品如下图:

 

 

  数控钻孔切割机由于采用了数控切割机的龙门和路轨结构形式,所以结构配置形式不仅多样而且变化简单,实现了企业的通用化、模块化制造。用户在选购时只需要提出加工幅面和配置要求,就能在短时间内进行设备交付。

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