淺談數(shù)控火焰切割機(jī)料架的設(shè)計(jì)

郭翠綿

（山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán) 設(shè)備修造廠，山西 介休 032000）

煤機(jī)行業(yè)在機(jī)械制造中占有很大的比例，主要產(chǎn)品有掘進(jìn)、采煤、支護(hù)、運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備，國內(nèi)的煤機(jī)行業(yè)發(fā)展迅速，這些產(chǎn)品有一個(gè)共同點(diǎn)，主體結(jié)構(gòu)大都是鉚焊結(jié)構(gòu)件，鋼材用量極大，鋼材以碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼為主，并且主要是中厚度板材（δ25～δ60mm），而這些材料的下料設(shè)備主要就是數(shù)控火焰切割機(jī)。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 數(shù)控火焰切割工藝流程

為了對料架性能有直觀了解，先熟悉一下數(shù)控火焰切割機(jī)的下料過程：利用起重設(shè)備把原材料鋼板吊至料架上，利用導(dǎo)軌為基準(zhǔn)，初步對鋼板進(jìn)行找正以便切割（這過程中操作人員可能站在料架上），根據(jù)鋼板的重量利用起重設(shè)備或撬棍，初步找正后，開始進(jìn)行切割，切割完畢后把工件逐步向下吊運(yùn)擺放好，清理氧化渣，對零件編號檢驗(yàn)后擺放在工藝框架上。料架使用一段時(shí)間后，對料架下氧化渣進(jìn)行清理。

1.2 切割工藝性分析

以煤機(jī)行業(yè)的運(yùn)輸和支護(hù)產(chǎn)品為例（皮帶機(jī)、刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和液壓支架等）進(jìn)行分析。

（1）鋼板厚度的比例關(guān)系：數(shù)控火焰切割機(jī)的切割范圍一般為δ6～150 mm，由于切割效率的因素，低于δ20 mm 的板材常用等離子切割，其中厚度比例為：δ6～δ20 mm 占15%；δ20～δ30mm 占25%；δ30～δ60mm 占55%；δ60mm 以上占5%。

（2）鋼板材質(zhì)：皮帶機(jī)以Q235為主，刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、液壓支架以Q345為主，總體來說：Q235占50%，Q345占45%，其余如NM360、Q460等占5%。

（3）切割介質(zhì)：氧氣～乙炔或氧氣～丙烷。

（4）吊運(yùn)設(shè)備及吊索具：常用整張鋼板的重量一般在2～10t內(nèi)，起吊設(shè)備一般為橋式起重機(jī)，根據(jù)板厚及重量不同，使用吊鉤、鋼板夾或永磁吸盤。粗略的說，整板或尺寸較大鋼板一般用吊鉤或鋼板夾，小型零件和鋼板用永磁吸盤，把鋼板向料架上吊裝或找正的過程中，吊鉤和鋼板夾處于料架主體和鋼板之間，也是料頂?shù)挠行С叽鐑?nèi)。

吊鉤尺寸或鋼板夾主要受力部位截面尺寸一般不小于60mm。

（5）工件外形尺寸：按切割工件的數(shù)量來說，工件外形尺寸小于200mm×200mm 的占10%以下，外形尺寸大于200mm×200mm 占90%以上。

（6）切割表面精度要求：切割面表面粗糙度Rα為12.5～25μm。

1.3 常用龍門式數(shù)控火焰切割機(jī)料架的結(jié)構(gòu)形式和優(yōu)缺點(diǎn)

不同產(chǎn)家的龍門式數(shù)控火焰切割機(jī)，切割功能沒有多大的差別，只是在人機(jī)對話和套料功能上略有區(qū)別，料架的結(jié)構(gòu)也大同小異，跨度5m 以上的料架由結(jié)構(gòu)主體部分和可拆卸料頂兩部分組成。結(jié)構(gòu)主體部分是焊接結(jié)構(gòu)件，具有一定的強(qiáng)度和防止熱變形能力，不同廠家區(qū)別不大，只是由于料頂?shù)牟煌煌Ａ享斒侵武摪搴颓懈罟ぜ茫享斀Y(jié)構(gòu)差異很大，料頂采用嵌入或插入式，基本上有三種情況。

（1）鋼板條料頂。優(yōu)點(diǎn)：材料常見，加工方便，適用薄板和小型切割機(jī)。缺點(diǎn)：易損壞，成本高。

（2）鋸齒條鑄鐵板料頂。優(yōu)點(diǎn)：能保證切割精度。缺點(diǎn)：上下料和找正時(shí)易損壞，成本較高。

（3）圓錐頂鑄鐵料頂。優(yōu)點(diǎn)：方便上下料，制造方便，單件強(qiáng)度高，可根據(jù)鋼板大小安裝。缺點(diǎn)：同尺寸料架所需數(shù)量多。

1.4 實(shí)際生產(chǎn)中料架容易出現(xiàn)的問題

（1）操作人員站在料架上吊運(yùn)鋼板或工件不安全（由于料架是柵格結(jié)構(gòu)，如果柵格尺寸大于操作人員腳的尺寸，就會造成操作人員不小心踏空而摔傷）。

（2）由于柵格料頂間距尺寸大，小于料頂間距尺寸的工件會因?yàn)橹尾蛔≡斐晒ぜ羧肓霞軆?nèi)和切割缺陷，造成廢品或返工，掉入料架內(nèi)的工件由于與氧化渣混雜一塊而不易取出。

（3）料頂是易損品，切割產(chǎn)生的熱量使柵格變形導(dǎo)致料頂不易更換或由于料架設(shè)計(jì)不當(dāng)而更換頻率高造成切割成本升高（材質(zhì)一般為鑄鐵）。

（4）吊運(yùn)時(shí)，由于料頂尺寸小，導(dǎo)致鋼板壓住吊鉤或鋼板夾不易取出，導(dǎo)致料頂損壞。

（5）不易清理料架內(nèi)的沉積氧化渣。

1.5 操作人員及用戶對料架的要求

（1）方便吊裝鋼板和找正。

（2）易于保證工件精度。

（3）容易處理切割好的工件。

（4）料架耐用，料頂易更換且成本低。

（5）整個(gè)切割過程安全可靠并方便清理料架內(nèi)的氧化渣。

2 跨距5m 以上的龍門式切割機(jī)的具體設(shè)計(jì)方案

根據(jù)以上分析，現(xiàn)提出料架及料頂?shù)木唧w要求：

1）料架主體結(jié)構(gòu)具有10t以上的承載能力和相匹配的強(qiáng)度，為了增加防熱變形能力，結(jié)構(gòu)采用封閉框架式（材料用角鋼或槽鋼均可）。

2）為了上料、下料及搬運(yùn)吊裝工件安全方便，料架高度一般不超過500mm（不包括料頂高度），從安全和質(zhì)量的角度出發(fā)，料架主體頂部采用柵格結(jié)構(gòu)，且柵格尺寸不大于200mm×200mm。

3）為了掛鉤、摘鉤安全方便，采用圓錐頂鑄鐵料頂且料頂有效高度大于80mm。

4）為了減少熱變形和清理氧化渣方便，采用多件料架組合的結(jié)構(gòu)，每件料架外形尺寸2～2.5m 為宜。

3 效果檢查

在實(shí)際使用過程中，龍門式切割機(jī)切割的鋼板為中厚度鋼板，大部分為25～60 mm 左右，切割速度一般為200～450mm／min左右，熱量輸出大，對料頂要求較高。我們根據(jù)以上要求，對3臺6m 的龍門數(shù)控火焰切割機(jī)的料架了進(jìn)行了技術(shù)工藝改造，經(jīng)過3個(gè)月近800t不同厚度的鋼板的切割，經(jīng)成本核算，料頂成本下降約40%，上下料及找正的效率提高了30%，操作人員反應(yīng)，安全性能較以往有較大的提高，并且方便清理料架內(nèi)的氧化渣，得到了一致好評。