數(shù)控下料件的誤差分析及措施

摘要：文章分析了液壓支架中鋼板用數(shù)控切割機下料產(chǎn)生誤差的原因，從誤差的產(chǎn)生及其對下料件的影響程度來探討減少或消除誤差的方法和措施。

關(guān)鍵詞：數(shù)控切割機；下料；尺寸誤差；熱變形

中圖分類號：TP39文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）06-0035-02

近年來，我國液壓支架的研制工作發(fā)展很快，從基本上依靠進口，發(fā)展到自行設(shè)計制造。液壓支架是機械化采煤的關(guān)鍵設(shè)備，是綜采設(shè)備的重要組成部分。其制造質(zhì)量的高低直接影響著煤礦的生產(chǎn)和經(jīng)濟效益。而在液壓支架制造過程中，結(jié)構(gòu)件鋼板的下料質(zhì)量是影響整體制造質(zhì)量的關(guān)鍵。按照傳統(tǒng)的下料方法，各種不規(guī)則形狀的鋼板下料通常以手工和仿形切割為主，近幾年已逐漸被數(shù)控切割機床所代替。數(shù)控切割的優(yōu)點是：切割速度快、效率高；采用套料軟件可最大限度地節(jié)約原材料；割縫質(zhì)量好；尺寸精度高；省去了仿形切割中的樣板，節(jié)約原材料。由于數(shù)控切割的割縫質(zhì)量高，結(jié)構(gòu)件拼焊比較容易，只要控制好數(shù)控切割中的切割誤差，直接拼焊是可以保證結(jié)構(gòu)件質(zhì)量的。我公司從1994年開始使用數(shù)控切割機，經(jīng)過近幾年的使用，認識到只有有效地控制好數(shù)控切割中的切割誤差，保證下料尺寸精度及割縫質(zhì)量，才能使結(jié)構(gòu)件拼焊比較容易，從而保證結(jié)構(gòu)件質(zhì)量。本文著重討論數(shù)控切割中誤差的產(chǎn)生原因和控制措施。

一、數(shù)控切割下料產(chǎn)生誤差的主要原因及措施

數(shù)控切割下料產(chǎn)生誤差的主要原因是鋼板的變形誤差和鋼板下料時工件的尺寸誤差。

（一）鋼板的變形誤差

由于鋼板的變形而產(chǎn)生的誤差，直接影響結(jié)構(gòu)件的拼焊質(zhì)量。產(chǎn)生鋼板變形的主要原因在于鋼板本身就存在變形和鋼板的熱變形。這種變形誤差如果不處理不僅直接影響液壓支架結(jié)構(gòu)件中主筋板與各筋板之間的拼焊質(zhì)量，甚至會引起各連接點處主要配合尺寸的超差。

1．鋼板本身存在的變形。主要是指鋼板的厚度不均勻、板面不平整以及各方向的彎曲，這是在鋼板生產(chǎn)和運輸過程中就已經(jīng)產(chǎn)生的，它不屬于數(shù)控切割的誤差范圍，處理起來也很容易，經(jīng)過校平機校平即可。

2．鋼板的熱變形。數(shù)控切割鋼板的熱變形主要有3個原因引起。（1）數(shù)控切割程序方面的影響。這主要是由編制程序時打火點、切割方向、切割順序等的選擇不合適造成的。通過合理套料，保證割出的零件滿足精度要求，我們選擇合理套料方案的指導思想是：1）使鋼板受熱均勻，避免熱量集中；2）使零件的變形互為補償；3）選擇正確的切割順序和切割方向；4）在選擇打火點、切割方向時，一定要做到讓工件一直受大鋼板的牽制；5）在套料過程中多采用共邊切割。對于形狀不太規(guī)則的窄長零件，根據(jù)零件形狀在某些部位保留一小段，抑制其變形和位移，等到材料上所有零件割完冷卻后，再把“間隔斷”割開。（2）數(shù)控切割過程中，各切割工藝參數(shù)選擇不當也會引起很大的熱變形。主要包括切割氧氣壓力、氣割速度、預(yù)熱時間以及割嘴離開鋼板表面的距離等，氣割工藝參數(shù)如下表。（3）鋼板支承面不平。鋼板由平面變成斜面，從而使機床切割出的零件產(chǎn)生誤差。尤其對于窄長的薄鋼板，很可能還會產(chǎn)生扭曲變形，因此對這種情況不可輕視。由鋼板的支承不當產(chǎn)生的熱變形只要修整支承面即可。

數(shù)控切割工藝參數(shù)表

注：氧氣純度在99.5%以上。

（二）鋼板下料工件的尺寸誤差

鋼板下料工件的尺寸誤差是指下料工件各部分的實際尺寸與理論尺寸的差異。引起尺寸誤差的原因是多方面的，主要是以下幾個方面引起的：

1．數(shù)控操作人員技術(shù)水平高低引起的誤差。數(shù)控操作人員對火焰的控制水平，包括氧氣的純度、預(yù)熱火焰功率、氧氣壓力、切割速度、割嘴到工件的距離等是主要產(chǎn)生尺寸誤差的原因。氧氣的純度是影響氣割質(zhì)量的重要因素，氧氣純度差，不但切割速度大為降低，切割面粗糙，切口下緣粘渣，而且氧氣消耗量增加。預(yù)熱火焰是影響氣割質(zhì)量的重要工藝參數(shù)，切割時一般應(yīng)選用中性焰或輕微的氧化焰，同時火焰的強度要適中。切割氧氣壓力取決于割嘴類型和割嘴號，在實際切割工作中，最佳切割氧氣壓力可以用試放“風線”的辦法來確定。切割速度與工件厚度、割嘴形式有關(guān)，一般隨工件厚度增大而減慢。割嘴到工件表面的距離（即割嘴高度）根據(jù)工件厚度及預(yù)熱火焰長度來確定。

2．支承鋼板的工作平臺與數(shù)控切割機縱橫向?qū)к壝娴钠叫卸日`差。由于支承鋼板的工作平臺在上料和成活后下料時經(jīng)常受撞擊磕碰，使支承鋼板的工作平臺表面容易形成與數(shù)控切割機縱橫向?qū)к壝娌黄叫?。這種不平行度嚴重時，也會造成割嘴與鋼板之間距離的變動，而引起下料工件尺寸上的誤差。

3．鋼板表面與割嘴的垂直度誤差。鋼板表面與割嘴的垂直度誤差是工件尺寸誤差產(chǎn)生的主要根源。這是因為當割嘴不垂直于鋼板時，就會導致形成的切割面為斜面，這樣工件正反兩面尺寸不統(tǒng)一，存在誤差。同時工件各周邊均為斜面，失去了拼裝時的基準面，使拼裝時的有些關(guān)鍵尺寸不能達到設(shè)計要求，嚴重時不能直接用于拼裝必須進行加工處理（刀檢基準面）后，才能使用。產(chǎn)生鋼板表面與割嘴垂直度誤差的原因，除割嘴安裝后在垂直于氣割前進方向上不垂直于鋼板外，還有割嘴孔與割嘴中心軸線不同軸，另外割嘴孔在阻塞時也會引起切割氣流傾斜，也可產(chǎn)生割嘴與鋼板表面垂直度誤差，解決這些問題只能從割嘴的生產(chǎn)質(zhì)量和安裝上努力，同時經(jīng)常清理割嘴，保證氣流暢通。

4．鋼板表面氧化皮對尺寸誤差的影響。普通熱軋鋼板由于儲存、運輸?shù)仍蛲ǔＴ诒砻娑加幸粚雍窈竦难趸?，這層氧化皮由于厚薄不一，成分復(fù)雜，因此對切割焰的影響和阻撓也不一樣，特別容易引起切割焰的傾斜和偏離，對工件的尺寸精度會產(chǎn)生一定的影響。但它主要影響割縫的表面質(zhì)量。要清除這一影響就是對鋼板進行除銹處理。

二、結(jié)語

在液壓支架結(jié)構(gòu)中，由鋼板焊接而成的結(jié)構(gòu)件約占支架總重的95%以上，下料是液壓支架結(jié)構(gòu)件制造中非常重要的一個工序。液壓支架結(jié)構(gòu)件制造中下料采用數(shù)控切割下料較一般仿形或手工下料，無論從效率上還是從質(zhì)量上都有較大提高，要直接由數(shù)控下料件投人拼焊工作，就一定要對數(shù)控切割過程中各種誤差加以控制，保證其下料件的尺寸精度。只有這樣才能提高結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量，從而保證產(chǎn)品的整體質(zhì)量。

參考文獻

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[3]張應(yīng)力．金屬切割實用技術(shù)[M]．化學工業(yè)出版社，2005．

作者簡介：吳俊濤（1977－），男，山西侯馬人，山西平陽重工有限責任公司助理工程師，研究方向：機械自動化和火焰切割。