基于数控技术的振动机械制造

1 前言

　　近年来发展了许多制造振动机械的企业，其主导产品通常为应用于矿山、冶金、煤炭、建材、化工、粮食等部门的振动筛及振动输送机。但这些企业或多或少都存在一些诸如生产效率低、生产成本高、质量控制差、工人劳动强度大及作业环境恶劣等问题，严重限制了企业的发展。如将数控等先进制造技术引入这些企业，必能发挥数控技术优势，解决上述问题，取得显著的经济效益和社会效益。

　　数控机床发展迅速，已由NC、CNC向DNC（分布式数控）过渡。数控只是加工过程的自动化。不同的加工方法具有不同的功能和加工特点。合理选型，正确使用，强化管理，才能使其发挥良好的效益。在振动筛及振动给料机主体结构生产中，最主要的工序是板料切割、折弯以及焊接等。下面针对上述生产特点，介绍几种典型的数控机床。

2 切割工序中NC

　　2.1 数控火焰切割机

　　数控火焰切割机是应用最早的数控下料设备。数控技术引入火焰切割，实现了切割全过程的自动化，显著地提高了钢板下料的切割质量(尺寸精度和切口质量)。具有生产效率高(连续切割、多枪切割)和材料利用率高等优点。数控火焰切割机一般用于5mm以上碳钢板的下料。因切割变形大，切口易熔化，故板太薄时不适宜采用。

　　切割质量的好坏不仅取决于数控机床的性能、精度和可靠性，而日_与所用气体品质、切割程序的优劣和操作人员素质等密切相关。生产中常见的问题是切割变形、切割面的表面粗糙度差和挂渣严重。减少切割变形应选择合理的切割工艺(包括切割起点、方向和先后顺序)，考虑桥接(间断切割)，支撑钢板的托架平整、稳定和提高钢板的平整度。提高氧气和乙炔的纯度以及压力稳定是提高数控火焰切割机效率和获得高质量切割面的根本保证。国外发达国家多采用液氧切割，因其压力稳定，纯度达99.5%以上，所以明显地提高了切割面的质量，挂渣极少，切割速度得到较大提高，耗氧量也减少。

　　2.2数控激光切割机

　　近年来，随着激光加工技术的迅速发展，激光切割作为一种先进的加工方法正逐渐在板料加工中心泛应用。其主要优势在于以下几方面:(1)切割质量好，割缝狭小，变形小，切割精度接近机械加工精度，切缝的直线度高。(2)切割速度快，效率高。对1mm薄板的切割速度可达2~3 m/min，极大地减少了常规工艺中的剪板机下料、划线、剪切成形等工序，缩短生产周期，可套裁下料，显著提高材料利用率。(3)切割范围少’一。不仅可以切割模具冲裁极难加工的1.5~100 ,um的金属箔，而民可兼顾铝·不锈钢、皮革、有机玻璃等材料的切割，还可切割窄槽、尖角等复杂形状构成的轮廓。

　　激光切割的精度和质量，取决于激光发生器、外围光学系统、机床的动静精度、加工条件以及切割材料的种类及厚度等诸因素。割枪、镜片、高度传感器是激光切割机的主要易损件，应特别注意维护保养。激光的输出功率的大小受激光发生器、气体流量、激光通道中的各种镜片状态、冷却装置效果等因素影响，也就间接地影响切割质量和效率。

　　板料越厚需要的激光功率越大。若单就切割钢板而言，对已有数控火焰切割机的厂家，购置激光切割机的功率不宜过大，应着重于数控火焰切割质量较差的6mm以下的薄板为切割对象。这样即可以比较显著发挥激光切割机的优势，并使整个钢板的下料都是数控切割下料，而日_投资少切割费用低。

　　2.3 数控等离子切割机

　　等离子切割的优势在于等离子弧能量更集中、温度更高、切割速度更快、变形更小，还可切割不锈钢、铝等材料。

　　等离子切割的不足之处在于弧光强、噪音大、灰尘多，对环境有一定的污染，对中厚板料多采用水下等离子切割，切割厚度也有一定的限制。同样，气体流量、电弧长度、电极质量、电流大小、切割速度都影响切割质量，若掌握不好，切割质量不理想。等离子切割枪也不宜过多，因切割速度较快，易受上述因素的影响出现不协调，使切割质量不一样。一般来说，对薄板切割，等离子切割的切口表面质量优于火焰切割，且挂渣极少。

　　近年来，国外厂家开发了称为精细等离子或称为高精度等离子的新技术，国内已有厂家引进，效果较好。通过改进割矩的设计，较显著地提高了工件切割面质量，割缝垂直度可达0~1.5°，对提高厚板的切割质量尤其有利。由于改进了切割枪，电极寿命得到了数倍提高，但对其割枪距钢板距离要求较高，要求割枪上的高度传感器反应要灵敏，割枪升降反应要快。

　　采用等离子切割4~30 mm厚的钢板是比较理想的方法，可避免氧乙炔切割速度慢、变形大、切口熔化严重、挂渣较多等缺点。同时，还可进行一定厚度的不锈钢等材料的下料。

　　2.4 数控多工位压力机

　　数控多工位压力机也称数控步冲机，是通过夹钳夹紧钢板沿X, Y方向移动，选择程序设定的T坐标(模具)进行点位冲孔和步冲轮廓。有的机床还能进行百叶窗、翻边造型等操作，称为饭金加工中心。

　　从冲头安装的形式来看，分为回转头和单冲头两种形式。回转头也称转塔式，转塔上一般都有二十几个模位。一个模位一套模具。凸凹模分别装在回转的上、下转盘上。回转头的优点在于换模快、模具定位精度高。但冲切钢板在上、下转盘中进给时，钢板因冲切时零件变形或废料的尖角偶尔片在模具孔中，清理零件、废料困难。因此相对来说冲切死区(夹钳不能进入转盘区域)要大。单冲头是在工作台侧旁备有模具库，能自动更换模具。零件、废料清理省事。

　　近年来投入使用的数控步冲机，很多机床的回转头的某些模位上带有自动分度装置，通过简单的NC指令，模具能以0.01°增幅在360°角内任意旋转，从而使用最少的模具加工出具有复杂形状的零件。甚至有的步冲机还带有多模具模座，能够大幅度扩大转塔上的模具容量，每个自动分度模座可装1-30套模具，从而换模时间更少，可适应不同产品的需要。也有在数控步冲机回转头的一个模位上安装激光切割或等离子切割，或单冲头的模具库有等离子切割装置，称为板料复合加工机，具有显著的优势。比较适合工套裁下料。先冲切内轮廓，再由激光或等离子加工冲切不便加工的尖角、窄槽和外形，从而充分发挥各自的长处，获得最大的切割效益。复合加工是中小批量生产企业相当理想的薄板下料设备。

　　数控步冲机比较适合板厚为1~3 mm的零件加工。板太厚，冲裁力大，会降低模具寿命。因一般生产中所用的冲头尺寸不大，为避免零件或较大的废料块在冲切成形时产生变形，应在程序中设置桥接，使零件或废料与整板有几点相连。桥接长度以0.4~0.8 mm为宜，既起连接作用又便工分离。圆弧步冲，齿花不可避免，对使用有一点影响。

3 折弯工序中NC

　　在折弯工序中可使用数控折弯机。数控折弯机最基本的功能是实现滑块运动的下死点控制，从而保证折弯角度和后挡料机构的自动定位。在弯曲长工件时，在工作台中部会产生和滑块两端施力相反的挠度，导致工件出模以后发生变形。因而在一些数控折弯机中有床身拱度调节系统。只需输入折弯图形、材料特性等的零件数据和模具数据，计算机自动进行工艺计算、折弯工序编排优化及参数计算，确定数控程序。该机还具有折弯回弹自动补偿功能，可根据实际弯形情况进行微调。

　　折弯质量不仅取决工机床的性能，而且与板材的状况密切相关。一般来说，由剪板机下料的折弯质量较好，而对工其他长料、厚板料采用火焰切割，其切割周边必然存在残余热应力。当该边折弯后因残余热应力作用而使该边收缩变形而影响折弯质量。通常的办法是采用刨边机刨掉热影响区。另一重要原因是钢板中的轧制残余应力的存在，尤其是热轧钢板，很可能要释放残余应力。因此，良好的折弯机性能还必须有质量高的钢材，才能优质高效地折弯出合格的零件。

4 焊接工序中的NC

　　在焊接工序中可使用弧焊机器人。作为柔性焊接设备的焊接机器人正逐渐成为焊接过程自动化的一个重要部分，是提高关键结构件焊接质量的重要手段。焊接机器人的应用，不仅提高了焊接质量和生产效率，而且降低了工人的劳动强度，作业环境也得以改善。近年来，随着焊接机器人技术的发展完善，已有许多企业引进了国外先进的焊接机器人或柔性焊接系统FMSC Flexible Manufacturing Cell)。

　　弧焊机器人适用工多段焊、焊缝不一定长、空间位置焊缝多、零件相对复杂、焊接质量要求高的工件。机器人焊接时，一般通过变位器将空间位置焊缝变换为水平或船形位置焊接，即能保证质量又提高了生产率。

　　焊件的选择应考虑是否关键焊接结构件，机器人的可焊性好，安装焊件的作业台及夹具易工设计和加工，焊件装卸容易，装夹定位精度高。

　　焊接质量除受机器人系统性能影响外，还与焊接工艺参数规范紧密相关。应根据工厂焊接件特点，对不同板厚、材质、不同位置的焊缝及接头形式、焊缝要求等进行细致的焊接工艺参数和焊接操作规范的优选研究工作，以便较快地适应不同结构特点的工件焊接要求，取得较好的焊接质量。

5 结语

　　振动机械制造企业引入数控技术后，在企业生产的效率、产品的质量以及生产的成本等方面都取得了令人满意的效果，使企业获得了良好的经济效益，生产系统的整体水平也得到了较大幅度的提高。综上所述，大力推少’一应用数控技术是提高振动机械制造企业生产和技术水平的关键。但如何正确地决策不是一件容易的事，这是因为数控机床的升级换代快、价格高，企业所需的一次性投资较大。所以振动机械制造企业若要在生产中应用数控机床，必须深入研究，从企业生产的具体特点出发选择功能和参数，充分考虑投资的效益。另外数控机床的使用不同工普通设备，涉及的影响因素较多，只有采用全新的生产组织管理方式，适应数控机床的不同要求，才能推动企业生产水平的提高，取得最佳的生产效益。