數(shù)控切割機加工質(zhì)量影響分析及技術(shù)改進

劉菊蘭

關(guān)鍵字 數(shù)控切割機；自檢測試程序；齒條；齒輪；熱處理

0 引言

同煤集團中央機廠下料車間擔(dān)負著全廠液壓支架、膠帶運輸機、刮板運輸機等常規(guī)產(chǎn)品的板材結(jié)構(gòu)件的下料任務(wù)，板材結(jié)構(gòu)件的下料質(zhì)量決定著產(chǎn)品整機性能和焊接質(zhì)量的優(yōu)劣，車間98%的板材下料由10臺數(shù)控火焰切割機（利用計算機實現(xiàn)燃氣切割金屬材料的全程自動化切割設(shè)備）氣割完成[1-4]。由于在切割過程中機械故障頻發(fā)，導(dǎo)致了切割產(chǎn)品達不到圖紙技術(shù)要求和工藝要求，甚至出現(xiàn)廢品，不僅造成板材的浪費，而且延長了生產(chǎn)制造周期，經(jīng)過長期的車間生產(chǎn)實踐，針對性地設(shè)計了一套技術(shù)方案，取得顯著效果，為車間及廠提供了良好的設(shè)備保障。

1 數(shù)控切割機運行誤差的自檢診斷

影響切割機加工質(zhì)量的因素有：數(shù)控編程質(zhì)量、機械傳動精度、燃氣質(zhì)量、切割火焰的調(diào)控、金屬熱切割變形等，導(dǎo)致在切割過程中的切割機縱、橫向行走不到位、設(shè)備不歸零、切割面表面粗糙、切割不透。而本文拋開其他因素的影響，采用數(shù)控切割機運行數(shù)控測試程序繪制自檢測試圖的方法，針對性地反映出機械部分存在的問題。

1.1 編制數(shù)控測試程序

根據(jù)車間常規(guī)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點和設(shè)備具體的運行狀況，用數(shù)控NC代碼編制切割機自檢診斷程序，代碼描述的標(biāo)準(zhǔn)測試圖形(尺寸單位均為mm)如下所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)測試圖形

自檢測試NC代碼程序如下：

1.2 運行自檢測試程序及繪制實際測試圖形

將測試程序輸入數(shù)控切割機，用自制專用測試筆的圓珠筆芯代替割炬的割嘴，用標(biāo)準(zhǔn)A0圖紙代替鋼板，輸入自檢測試程序和切割機運行程序，切割行走路徑便被繪制出來。圖形非常直觀的將設(shè)備行走軌跡能否封閉歸位（A—B—C—D—A）、反復(fù)切割同一直線段(CB、DE)的重合度、直線和圓弧線條的平滑程度、各個圖段的尺寸誤差等十分清晰地反映了出來。

2 分析形成原因及造成的切割缺陷

帶故障運行的數(shù)控切割機的實際運行圖與標(biāo)準(zhǔn)測試圖進行比對，通過表格總結(jié)如下。

表1 原因分析

3 實施整改措施

3.1 機械系統(tǒng)的調(diào)整

（1）松開導(dǎo)軌與地基底座的壓緊墊板，調(diào)節(jié)導(dǎo)軌側(cè)向調(diào)整螺栓。保證主副導(dǎo)軌之間的平行度＜2 mm。

（2）橫向、縱向齒條與相應(yīng)的驅(qū)動齒輪嚙合不完全，水平間隙太大，或高低不在同一平面，嚙合面積＜70%。調(diào)整縱向主滑座中的側(cè)面偏心輪來調(diào)節(jié)“夾緊輪”與導(dǎo)軌的間隙。間隙不能調(diào)得太小，否則傳動中會擠壓齒面，加快磨損。

（3）通過調(diào)高導(dǎo)軌座上的螺栓來調(diào)整垂直高度，保證兩側(cè)導(dǎo)軌的水平度，一般調(diào)整數(shù)據(jù)保證在±0.2 mm/m。

（4）平整數(shù)控切割機工作平臺，更換支承鋼板的鑄件支撐板。

3.2 控制系統(tǒng)的配置參數(shù)的計算和調(diào)整

調(diào)整數(shù)控控制系統(tǒng)的配置參數(shù)，即調(diào)整“每mm編碼器計數(shù)”參數(shù)，如圖2所示。

計算方法：以SH2200操作系統(tǒng)為例，標(biāo)準(zhǔn)位移量/實測位移量=X/舊系統(tǒng)參數(shù)，求算出X的數(shù)值即為“每mm編碼器計數(shù)”的新參數(shù)數(shù)值，這個參數(shù)根據(jù)機械部件磨損、電氣老化情況隨時要動態(tài)修改，以確保加工質(zhì)量，此參數(shù)只能實現(xiàn)微調(diào)。

圖2 控制系統(tǒng)配置參數(shù)

3.3 驅(qū)動齒輪的改進

驅(qū)動齒輪（如圖3所示）是主機行走機構(gòu)中最主要的零件，與齒條的嚙合程度直接影響到傳動精度上，原來驅(qū)動齒輪材質(zhì)是45中碳鋼，只經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，硬度和韌性較低，又是開式工作方式，外露時受外界環(huán)境影響較大，經(jīng)常會造成齒面磨損和輪齒彎曲疲勞折斷，加大嚙合間隙，嚴(yán)重影響加工質(zhì)量。所以有必要對驅(qū)動齒輪進行材料和熱處理工藝的改進。

3.3.1 選材理由

齒條齒輪傳動時，配對齒輪齒根較薄，彎曲強度較低，且循環(huán)嚙合次數(shù)較多，故在選擇材料和熱處理時，一般是齒輪材料比齒條好一些，齒輪的齒面硬度、強度和耐磨性要略高于齒條。在中速中載、有一定沖擊載荷的工作環(huán)境，應(yīng)選取機械強度，齒面硬度等綜合機械性能好的材料，故選擇中碳鋼40Cr。

3.3.2 加工生產(chǎn)流程

要求驅(qū)動齒輪齒芯具有好的韌性，輪齒表面硬度較高。生產(chǎn)流程圖如圖4所示。

圖4 驅(qū)動齒輪的生產(chǎn)流程

3.3.3 熱處理控制

該件在粗加工之前，先進行正火處理，加熱溫度控制在850℃，保溫120 min，采取空冷。

精加工前，采用調(diào)質(zhì)處理（淬火+高溫回火），淬火溫度保持在850℃，保溫80 min，采取油冷。隨后高溫回火，加熱溫度為620℃，保溫60 min，采取空冷。此時硬度只能達到HRC25～28，從而得到良好韌性和塑性的回火索氏體組織。最終的熱處理采用表面淬火+低溫回火，只對表層＜5mm加熱，且是低于250℃回火，對心部基體組織回火索氏體不產(chǎn)生影響，而表層則變?yōu)榛鼗瘃R氏體組織，表面硬度可達46～52HRC。這樣就保證了芯部韌、齒端硬的加工目的。

3.4 縱向電機支撐座的改造

切割機縱向行走電機支撐座原出廠時是鑄鐵件，由于組織結(jié)構(gòu)疏松，韌性差，經(jīng)常會發(fā)生斷裂，后采用低合金高強度板Q460材質(zhì)，經(jīng)數(shù)控切割成結(jié)構(gòu)件后焊接成型，韌性、強度明顯提高，延長了使用壽命。

4 結(jié)束語

經(jīng)過一系列改進措施的施行后，再次運行自檢程序，繪制測試圖形，與標(biāo)準(zhǔn)圖形尺寸對比，對角線尺寸、兩圓同軸度、線段重合程度的誤差明顯改觀，達到了圖紙技術(shù)要求。在實際操作中，可以根據(jù)切割現(xiàn)狀反復(fù)執(zhí)行這樣一套工作流程，直到切割出滿意的產(chǎn)品。