浅谈数控火焰切割机料架的设计

郭翠绵

（山西焦煤汾西矿业集团 设备修造厂，山西 介休 032000）

煤机行业在机械制造中占有很大的比例，主要产品有掘进、采煤、支护、运输等设备，国内的煤机行业发展迅速，这些产品有一个共同点，主体结构大都是铆焊结构件，钢材用量极大，钢材以碳素结构钢和合金结构钢为主，并且主要是中厚度板材（δ25～δ60mm），而这些材料的下料设备主要就是数控火焰切割机。

1 现状调查

1.1 数控火焰切割工艺流程

为了对料架性能有直观了解，先熟悉一下数控火焰切割机的下料过程：利用起重设备把原材料钢板吊至料架上，利用导轨为基准，初步对钢板进行找正以便切割（这过程中操作人员可能站在料架上），根据钢板的重量利用起重设备或撬棍，初步找正后，开始进行切割，切割完毕后把工件逐步向下吊运摆放好，清理氧化渣，对零件编号检验后摆放在工艺框架上。料架使用一段时间后，对料架下氧化渣进行清理。

1.2 切割工艺性分析

以煤机行业的运输和支护产品为例（皮带机、刮板机、转载机和液压支架等）进行分析。

（1）钢板厚度的比例关系：数控火焰切割机的切割范围一般为δ6～150 mm，由于切割效率的因素，低于δ20 mm 的板材常用等离子切割，其中厚度比例为：δ6～δ20 mm 占15%；δ20～δ30mm 占25%；δ30～δ60mm 占55%；δ60mm 以上占5%。

（2）钢板材质：皮带机以Q235为主，刮板机、转载机、液压支架以Q345为主，总体来说：Q235占50%，Q345占45%，其余如NM360、Q460等占5%。

（3）切割介质：氧气～乙炔或氧气～丙烷。

（4）吊运设备及吊索具：常用整张钢板的重量一般在2～10t内，起吊设备一般为桥式起重机，根据板厚及重量不同，使用吊钩、钢板夹或永磁吸盘。粗略的说，整板或尺寸较大钢板一般用吊钩或钢板夹，小型零件和钢板用永磁吸盘，把钢板向料架上吊装或找正的过程中，吊钩和钢板夹处于料架主体和钢板之间，也是料顶的有效尺寸内。

吊钩尺寸或钢板夹主要受力部位截面尺寸一般不小于60mm。

（5）工件外形尺寸：按切割工件的数量来说，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为12.5～25μm。

1.3 常用龙门式数控火焰切割机料架的结构形式和优缺点

不同产家的龙门式数控火焰切割机，切割功能没有多大的差别，只是在人机对话和套料功能上略有区别，料架的结构也大同小异，跨度5m 以上的料架由结构主体部分和可拆卸料顶两部分组成。结构主体部分是焊接结构件，具有一定的强度和防止热变形能力，不同厂家区别不大，只是由于料顶的不同而不同。料顶是支撑钢板和切割工件用，料顶结构差异很大，料顶采用嵌入或插入式，基本上有三种情况。

（1）钢板条料顶。优点：材料常见，加工方便，适用薄板和小型切割机。缺点：易损坏，成本高。

（2）锯齿条铸铁板料顶。优点：能保证切割精度。缺点：上下料和找正时易损坏，成本较高。

（3）圆锥顶铸铁料顶。优点：方便上下料，制造方便，单件强度高，可根据钢板大小安装。缺点：同尺寸料架所需数量多。

1.4 实际生产中料架容易出现的问题

（1）操作人员站在料架上吊运钢板或工件不安全（由于料架是栅格结构，如果栅格尺寸大于操作人员脚的尺寸，就会造成操作人员不小心踏空而摔伤）。

（2）由于栅格料顶间距尺寸大，小于料顶间距尺寸的工件会因为支撑不住造成工件掉入料架内和切割缺陷，造成废品或返工，掉入料架内的工件由于与氧化渣混杂一块而不易取出。

（3）料顶是易损品，切割产生的热量使栅格变形导致料顶不易更换或由于料架设计不当而更换频率高造成切割成本升高（材质一般为铸铁）。

（4）吊运时，由于料顶尺寸小，导致钢板压住吊钩或钢板夹不易取出，导致料顶损坏。

（5）不易清理料架内的沉积氧化渣。

1.5 操作人员及用户对料架的要求

（1）方便吊装钢板和找正。

（2）易于保证工件精度。

（3）容易处理切割好的工件。

（4）料架耐用，料顶易更换且成本低。

（5）整个切割过程安全可靠并方便清理料架内的氧化渣。

2 跨距5m 以上的龙门式切割机的具体设计方案

根据以上分析，现提出料架及料顶的具体要求：

1）料架主体结构具有10t以上的承载能力和相匹配的强度，为了增加防热变形能力，结构采用封闭框架式（材料用角钢或槽钢均可）。

2）为了上料、下料及搬运吊装工件安全方便，料架高度一般不超过500mm（不包括料顶高度），从安全和质量的角度出发，料架主体顶部采用栅格结构，且栅格尺寸不大于200mm×200mm。

3）为了挂钩、摘钩安全方便，采用圆锥顶铸铁料顶且料顶有效高度大于80mm。

4）为了减少热变形和清理氧化渣方便，采用多件料架组合的结构，每件料架外形尺寸2～2.5m 为宜。

3 效果检查

在实际使用过程中，龙门式切割机切割的钢板为中厚度钢板，大部分为25～60 mm 左右，切割速度一般为200～450mm／min左右，热量输出大，对料顶要求较高。我们根据以上要求，对3台6m 的龙门数控火焰切割机的料架了进行了技术工艺改造，经过3个月近800t不同厚度的钢板的切割，经成本核算，料顶成本下降约40%，上下料及找正的效率提高了30%，操作人员反应，安全性能较以往有较大的提高，并且方便清理料架内的氧化渣，得到了一致好评。