Linsinger銑邊機(jī)在螺旋預(yù)焊機(jī)組的應(yīng)用研究

韓立坤，李 強(qiáng)，汪隴隴

（中油寶世順（秦皇島）鋼管有限公司，河北 秦皇島 066206）

自2008年以來，螺旋焊管預(yù)精焊生產(chǎn)工藝因其技術(shù)先進(jìn)性在國內(nèi)制管企業(yè)廣泛應(yīng)用，由于預(yù)焊的焊接質(zhì)量直接影響精焊的焊接質(zhì)量，因此預(yù)焊生產(chǎn)質(zhì)量越來越受到人們的關(guān)注。而精準(zhǔn)的帶鋼工作寬度和直度是保證穩(wěn)定成型的必備條件[1-3]；均勻的坡口尺寸和表面清潔度為焊接質(zhì)量提供根本保證[4-5]。在一定預(yù)焊焊接工藝前提下，機(jī)組的產(chǎn)能與銑邊機(jī)的加工能力息息相關(guān)[6]。所以預(yù)焊機(jī)組銑邊機(jī)是影響產(chǎn)能和預(yù)焊管質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備[7]。經(jīng)過對(duì)5年預(yù)精焊生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和效益對(duì)比，中油寶世順（秦皇島）鋼管有限公司（以下簡稱寶世順公司）將國產(chǎn)精銑銑邊機(jī)更換為Linsinger精銑銑邊機(jī)，提高了產(chǎn)品成材率、生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。本研究重點(diǎn)介紹和分析了Linsinger精銑銑邊機(jī)的結(jié)構(gòu)與功能。

1 Linsinger銑邊機(jī)簡介

1.1 工藝布局

圖1 銑邊機(jī)工藝布局

銑邊機(jī)工藝布局如圖1所示。寶世順公司預(yù)焊機(jī)組采用 “粗銑+精銑”的雙銑工藝，粗銑銑削0～10 mm的板邊，主要用于消除原料的彎度；Linsinger銑邊機(jī)用于銑削X形焊接坡口，保證精確的工作寬度。在原料板形較好的情況下，單臺(tái)Linsinger銑邊機(jī)也可滿足生產(chǎn)需求。

1.2 功能與參數(shù)

Linsinger精銑銑邊機(jī)用來加工X形坡口，來料入口處設(shè)有寬度檢測裝置，可檢測來料工作寬度及相對(duì)位置，通過程序計(jì)算分配相等的銑削量到左右銑削單元。銑削單元上下浮動(dòng)功能可根據(jù)原料的板形保證銑刀盤與帶鋼處于相對(duì)固定的位置，使坡口銑削量保持一致。同時(shí)根據(jù)銑削量、帶鋼的遞送速度、鐵屑厚度等參數(shù)自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速，在保證刀片使用壽命的前提下，滿足準(zhǔn)確的工作寬度、板邊平整度和光潔度。

Linsinger精銑銑邊機(jī)主要的工藝和技術(shù)參數(shù)見表 1～表 3。

表1 工藝參數(shù)

表2 技術(shù)參數(shù)

表3 不同板厚的最大遞送速度

2 Linsinger銑邊機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

Linsinger精銑銑邊機(jī)三維效果及結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。

圖2 Linsinger銑邊機(jī)的三維效果及結(jié)構(gòu)簡圖

（1）鏈排式排屑機(jī)具有30 kg/min的排屑能力，帶有鐵屑高度檢測裝置，鐵屑斗內(nèi)鐵屑達(dá)到一定高度后做出更換提示。

（2）寬度調(diào)整分為邊沿定位和中心定位兩種模式，且可以相互切換。主要由伺服電機(jī)、滾珠絲杠、抗扭剛性線性導(dǎo)軌等組成，具有驅(qū)動(dòng)精度高，傳動(dòng)阻力小的特點(diǎn)。

（3）底座通過化學(xué)錨栓固定在水泥地面上，流線型導(dǎo)屑槽使鐵屑全部落到排屑機(jī)上。

（4）銑削單元的主動(dòng)力由交流電機(jī)提供，齒形同步帶傳動(dòng)。

（5）帶鋼寬度測量裝置安裝在兩側(cè)銑削單元來料入口處，檢測來料位置和寬度，通過位移傳感器發(fā)送數(shù)控模擬信號(hào)，控制銑削單元。寬度測量裝置如圖3所示。

（6）每個(gè)銑刀盤都具有清理鐵屑功能，銑削后的鐵屑將按照排屑通道落入排屑機(jī)，防止刀盤周圍鐵屑積聚成堆。

（7）銑削單元包含原料導(dǎo)向和上下浮動(dòng)裝置。銑削單元入口和出口分別布置上下導(dǎo)向輥，對(duì)應(yīng)刀盤處有三個(gè)導(dǎo)向輥，另外銑削單元配有擋屑板和防護(hù)罩，可根據(jù)原料壁厚調(diào)整間隙，帶鋼出口加裝鐵屑反吹裝置，防止鐵屑飛濺。

圖3 寬度測量裝置

（8）下導(dǎo)板固定在底座上，左右兩排輥對(duì)原料起支撐作用。

3 Linsinger銑邊機(jī)工作原理

3.1 銑削深度自動(dòng)調(diào)整

Linsinger精銑銑邊機(jī)橫向?qū)挾日{(diào)整機(jī)構(gòu)是由寬度測量裝置、伺服減速機(jī)、滾珠絲桿副和重載滑軌等組成。伺服減速機(jī)和滾珠絲桿副能精確控制移動(dòng)距離，重在滑軌有效減小移動(dòng)阻力。寬度調(diào)整結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 寬度調(diào)整結(jié)構(gòu)示意圖

該銑邊機(jī)銑削量自動(dòng)調(diào)整分兩種銑削模式，一種是兩側(cè)銑削量平均分配，另一種是刀盤固定模式。

3.1.1 銑削量平均分配

入口處寬度測量裝置能精確檢測出帶鋼寬度B，根據(jù)設(shè)定工作寬度B1，平均分配兩側(cè)刀盤的銑削量，無論檢測出帶鋼寬度如何變化，銑削后的工作寬度都能得到精確保證。當(dāng)B≤B1時(shí)系統(tǒng)會(huì)報(bào)錯(cuò)停車，需通過重新調(diào)整工作寬度B1。此銑削模式比較適合帶鋼的中心遞送方式，不能消除原料彎度，帶鋼直度無法保證。

3.1.2 刀盤固定模式

此種銑削模式適合邊緣遞送方式，兩側(cè)銑削量不同m≠n，但能保證銑削后帶鋼的直度，但不能避免脫銑。

3.2 坡口銑削上下自動(dòng)浮動(dòng)

浮動(dòng)銑削技術(shù)，克服了由于鋼板本身平面度誤差造成所加工坡口一致性差的難題[8]。自動(dòng)浮動(dòng)機(jī)構(gòu)由床頭箱、升降氣缸、帶鋼壓下輥裝置等組成。安裝時(shí)需對(duì)刀盤水平零位進(jìn)行校正，程序中設(shè)定所需坡口尺寸后，壓下輥?zhàn)詣?dòng)調(diào)整到位，床頭箱根據(jù)原料板邊情況由氣缸帶動(dòng)上下浮動(dòng)，保證刀盤與帶鋼的銑削相對(duì)位置不變來實(shí)現(xiàn)坡口銑削上下自動(dòng)浮動(dòng)的功能。

3.3 轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)整

刀盤轉(zhuǎn)速與帶鋼的鋼級(jí)和厚度、銑削深度、鐵屑厚度、遞送速度有關(guān)。該銑邊機(jī)通過設(shè)定鐵屑厚度、帶鋼的鋼級(jí)和厚度等參數(shù)后，系統(tǒng)根據(jù)銑削量、機(jī)組遞送速度按照銑削計(jì)算公式自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速，鐵屑厚度一致，達(dá)到滿足生產(chǎn)需求的同時(shí)消耗最小電能。

3.4 刀盤及坡口調(diào)整

3.4.1 刀盤結(jié)構(gòu)

模塊式銑刀盤可裝30片刀（Z=3×10），由刀座、緊固螺栓、吊鉤、刀盤本體和排屑?jí)K組成，每個(gè)刀盤都有相應(yīng)編號(hào)，刀盤本體做動(dòng)平衡處理。刀盤本體三維效果及刀盤剖面如圖5所示。

圖5 刀盤本體的三維效果及刀盤剖面圖

刀盤包含4個(gè)緊固螺栓，兩側(cè)都配有氣動(dòng)扳手、風(fēng)槍等工具方便刀盤快速拆裝，提高工作效率。

3.4.2 刀座和刀片的更換

刀片和刀座更換必須是在專用高精度工作臺(tái)上進(jìn)行，同時(shí)配有扭力扳手和百分表，實(shí)現(xiàn)快速更換刀片和檢查刀片徑向跳動(dòng)。刀盤工作臺(tái)如圖6所示。刀座和刀片固定必須達(dá)到規(guī)定扭矩，徑向跳動(dòng)一般控制在0.06 mm以內(nèi)，這為高精度銑削和刀片壽命提供有效保證[9-10]。

圖6 刀盤工作臺(tái)示意圖

3.4.3 坡口及鈍邊的調(diào)整

刀片分布及安裝位置如圖7所示。上、下坡口角度通過更換相應(yīng)的刀座來實(shí)現(xiàn)，中間刀座根據(jù)使用情況定期檢修清理和潤滑。鈍邊調(diào)整通過更換下刀座墊片厚度來實(shí)現(xiàn)。鈍邊位置通過刀盤的零位校準(zhǔn)、上坡口深度調(diào)整來完成。

圖7 刀片分布及安裝位置示意圖

4 Linsinger銑邊機(jī)電氣系統(tǒng)

4.1 系統(tǒng)組態(tài)

Linsinger銑邊機(jī)電氣控制系統(tǒng)使用西門子S7－300系列PLC進(jìn)行分布式總線控制。CPU采用了ET200S系列IM151－7 F－CPU，從站使用了西門子ET200S從站、SEW伺服控制器、MM440變頻器、DP/DP Coupler等設(shè)備，通過Profibus－DP總線實(shí)現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)控制。Linsinger銑邊機(jī)電氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)如圖8所示。

圖8 Linsinger銑邊機(jī)電氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

4.2 電氣控制原理

（1）控制系統(tǒng)采用Profibus－DP總線進(jìn)行分布式網(wǎng)絡(luò)控制，在銑邊機(jī)左、右床頭箱上各安裝有ET200－S從站，用于采集現(xiàn)場信號(hào)和進(jìn)行開關(guān)量控制。操作臺(tái)也使用了ET200－S從站，用于采集按鈕控制信號(hào)和信號(hào)燈的輸出，大大節(jié)省了現(xiàn)場接線，提高了設(shè)備運(yùn)行效率。

（2）銑刀盤運(yùn)行采用了兩臺(tái)75 kW三相變頻電機(jī)，采用西門子MM440變頻器進(jìn)行調(diào)速控制，實(shí)現(xiàn)刀盤的無極調(diào)速。刀盤轉(zhuǎn)速可根據(jù)在HMI界面上設(shè)定的鋼帶厚度、鐵屑厚度等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證銑削質(zhì)量。

（3）銑邊機(jī)橫向進(jìn)給與壓下量調(diào)節(jié)均采用了SEW伺服電機(jī)控制，電機(jī)上安裝有絕對(duì)值編碼器，用于進(jìn)行高精度閉環(huán)控制與當(dāng)前位置的采集?？刂破鞑捎昧薙EW伺服控制器，與CPU通過DP總線進(jìn)行連接，用于控制信號(hào)的給定與電機(jī)編碼器值、速度值與電流值等電機(jī)數(shù)據(jù)的采集與傳輸。

（4）Linsinger銑邊機(jī)作為一個(gè)單獨(dú)的控制系統(tǒng)，與焊管機(jī)組通過DP/DP Coupler進(jìn)行通訊連接。兩系統(tǒng)間建立了32個(gè)字節(jié)的通訊通道，用于傳輸遞送速度、遞送電流、銑削深度等模擬量信號(hào)與系統(tǒng)運(yùn)行、生產(chǎn)線停車、系統(tǒng)故障等開關(guān)量信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了Linsinger銑邊機(jī)與焊管機(jī)組控制系統(tǒng)的通訊無間隙連接與全自動(dòng)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。

4.3 人機(jī)界面

Linsinger銑邊機(jī)系統(tǒng)使用了西門子MP277 10 in觸摸屏進(jìn)行人機(jī)交互，安裝在操作臺(tái)的中間位置，也通過Profibus－DP總線與CPU進(jìn)行連接，用于系統(tǒng)工作參數(shù)的輸入與系統(tǒng)工作狀態(tài)的顯示。系統(tǒng)中預(yù)置了中文、英文與德文三種語言，可通過觸摸按鈕進(jìn)行切換，方便不同語言的人員進(jìn)行操作。人機(jī)界面如圖9所示。

圖9 人機(jī)界面

5 結(jié) 語

中油寶世順（秦皇島）鋼管有限公司通過預(yù)精焊機(jī)組精銑銑邊機(jī)的改造升級(jí)，達(dá)到了預(yù)期效果，有效提高了銑削穩(wěn)定坡口尺寸控制精度，從根本上提高了預(yù)焊管的質(zhì)量。Linsinger銑邊機(jī)的坡口仿形、銑削深度平均分配等先進(jìn)功能為國產(chǎn)銑邊機(jī)的技術(shù)改進(jìn)提供了參考。

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