《全自动钢板双面铣边机生产线》获得科学技术奖

文/侯斌

由西安重友机电自动化工程有限公司和西安生产力促进中心共同研究开发的《全自动钢板双面铣边机生产线》，在中国包装联合会2016年度科学技术奖评审会上，获得了较高的评价，被评为二等奖。

该项目研究目标是研制一种钢板铣边机床生产线，用来处理镀锌钢板和预涂卷板为原材料制作钢桶对桶身焊接搭边处进行预处理的专用设备，是用铣削加工的方法对镀锌钢板镀层和预涂卷板涂层板材两边缘上下面处同时进行加工，以消除缝焊搭接处的镀锌层或涂膜层，为下道工序—缝焊提供光洁的表面。钢板铣边机是采用镀锌钢板和预涂卷板制桶必不可少的设备，它为本行业采用这种新工艺材料提供了有效的保障，解决了用镀锌钢板和预涂卷板工业化生产钢桶这一一直困扰行业企业的瓶颈。

该项目的实施已经推动镀锌钢板和预涂卷板在金属包装行业的应用，并通过镀锌钢板和预涂卷板的应用而达到生产产生的废气和废水为零污染，从而保护环境。

一、铣边机生产线简介

该项目主要研发内容有：①基本参数的设计：铣削力、铣头转速、钢板输送进给速度以及铣削动力头安装偏移角等主要参数的计算；②高速铣削动力头以及配置方式；③自动上料机械手吸盘技术；④单片机控制检测技术以及机床的PLC电控技术；⑤主机的传动装置、压料装置、导向装置以及送料装置；⑥自动成品堆垛装置；⑦铣削刀具；⑧铣头风冷系统；⑨铣削清理系统等。

生产线的组成：生产线主要由自动上料机械手、床身部件、铣削动力头部件、送料系统、压料部件、自动出料装置、自动堆垛装置、铣削清理系统、去毛刺装置、风冷系统、位移测量系统和控制系统等组成。表1为生产线主要技术参数。

表1 生产线主要技术参数

该项目已获受权实用新型专利1项：项目名称：钢板铣边机专利号：ZL2013 20521130.0。项目在中国包装联合会钢桶专业委员会的支持下，得到了很好的推广，在钢桶行业已11家企业购置了12台铣边机或生产线；在集装箱制造业也有2家企业购置了铣边机。预计到2020年，随着免喷漆制桶新工艺材料市场的成熟，免喷漆钢桶增加的增量将是2015年的6～8倍，预计该项目产品能销售50～60台以上，具有明显的推广应用经济效益和社会效益。该项目的实施将会对免喷漆制桶新工艺材料在本行业的推广应用起到积极地推动作用。

二、铣边机生产线的先进性

现在越来越多的钢桶生产企业采用镀锌钢板作为原料板材，预涂板材也是一种是国内新兴起来的免喷漆制桶新工艺材料，它们的普及使用将彻底免除制作钢桶环节中电镀、磷化、喷漆、烘干等工序带来的环境污染，大大缩短工作流程，达到了节能减排的目的。全自动钢板铣边机是用来处理免电镀、免喷漆钢桶桶身焊边工艺的专用设备，是采用免电镀、免喷漆板材制作钢桶不可获缺的设备，它为行业采用这种新工艺材料提供了有效的保障。

1、关键创新技术

①基于薄钢板的铣削精度技术；②基于薄钢板的双面两端同时铣削技术；③基于实现铣削动力头可视性微调技术；④基于防止板材在铣削过程中刀具切入或切出时撕裂钢板出现打角现象的技术；⑤基于实现不同板宽、板厚的多种产品生产技术；⑥基于铣刀头冷却及提高刀片使用寿命的立式铣刀盘技术；⑦全自动化生产技术

2、主要创新内容

①自动上料机械手吸盘技术

采用行业普遍使用的真空吸盘式机械手，用于钢桶生产线上钢板的分张输送，它的原理是借真空泵抽取吸盘内腔的空气，以产生负压而吸持钢板。

真空吸盘式机械手其内部集成了所有的真空系统元器件，包括真空发射器。可变的尺寸调节装置能够快速的根据不同工件的尺寸或被吸取物体特殊的表面进行调节，保证吸盘能够安放在合适的位置。集成在内部的真空发生器和控制阀块可保证系统快速形成真空（很短的循环时间，动态的上下料和运输），保证了较高的能源利用率。

②单片机控制检测技术、机床的PLC电控技术

该项目电气控制采用成熟的控制技术，采用PLC可编程控制器对《自动钢板双面铣边机生产线》进行行为控制，采用单片微处理器对《自动钢板双面铣边机生产线》进行检测控制，具有数字图形显示和远程控制功能。

③基本参数的选择

铣削力的计算:铣边属于金属铣削，通过实验径向力不能大于切向力的2倍，较大的径向力作用会使得机架、钢板以及铣头组成的工艺系统产生较大的弹性变形，从而影响铣削精度。在铣头刀具的设计上如何减小径向力考虑的方向之一。

铣头转速：铣刀的转速高，生产效率高，钢板表面光洁好，但速度过高，钢板易产生铣焦烧伤等缺陷。通过反复试验，铣刀的转速定为2800r/min 是可行的。

铣边钢板输送进给速度：铣边钢板输送进给速度与铣边质量以及生产效率有关，但进给速度过快，不但铣削面的表面光洁度就小，而且钢板容易出现打角现象。为了更好的解决这一问题，机床采取减小切入、切出时的送料速度防止铣刀切入或切出时撕裂料板，送料驱动电机选为变频调速电机，结合光电开关以及PLC程序控制，以实现铣边钢板输送进给速度。

铣削动力头安装偏移角：铣削动力头安装偏移角是本项目研究的重点方向之一，铣刀头的中心轴线与钢板的进给方向要有一偏移角。这个偏移角的设置有三个作用：一是提高铣边的稳定性；二是为钢板送进方便；三是铣边形状的需要。钢板制造用的是薄钢板，刚性差，而铣边的铣削力较大，输送钢板仅靠送料装置的两个滚轴夹送，如果没有偏移角，像平面铣一样，则因铣削力较大会是钢板弓起，输送阻力大。铣削动力头安装偏移角的设置对钢板送进也带来方便。因此，偏移角的选择必须根据钢板的性能、输送能力以及铣边宽度等因素全面考虑，合理的选用。

④高速铣削动力头的设计

采用3对圆柱滚子轴承和滑动轴套，电机与动力头通过联轴器相连接，以保证动力头有足够的刚性。滑动轴套，升降套与主轴进行滑动配合,以便调整间隙，在切削时不易产生振动,提高了铣头的运动精度及整体刚性,提高了加工精度，高速转动时噪音低;整体速度转动顺畅扭力大。

⑤压料装置的设计

本机床在靠近铣削装置的机身架体上设置有板材压紧装置，板材压紧装置包括压料滚轮以及压料板。沿着导料板的送料方向设置有五组压料滚轮，其中三组连接在机身架体上，其余两组连接在前压料辊和后压料辊两端。

⑥导向装置的设计

导向装置有压料板、垫板、导料板、抽板挡板等组成。为了防止料板在送料过程中跑偏，机身架体、出料台以及上料台两端边缘均设置导向装置，铣刀位于导料板两端边缘上方，铣刀内侧、导料板上方设置有压料板，压料板能够进一步防止铣刀切入和切出时撕裂料板，压料板与导料板之间设置有垫板，垫片厚度根据料板的厚度而定，保证料板能够从压料板和导料板之间通过。

⑦送料装置的设计

送料装置包括有前压料辊、后压料辊及导料板，前压料辊和后压料辊两端固定在机身架体上并通过传动装置与送料驱动电机连接，导料板设置在机身架体两侧边缘处，前压料辊的前部设置有出料台，后压料辊的后部设置有上料台，前压料辊和后压料辊之间设置有沿竖直方向错位对向一对铣削动力头。

⑧刀具的设计

采用设计的8 刃45°面铣刀盘，大前角，却削负荷小。四面刃端面铣刀，设计有刀片定位压板，保证了8 个铣刀片在同一个平面上，且空屑空间大，排屑好。

3、生产线的组成：

由自动上料机械手、床身部件、送料系统、压料部件、导料部件、自动出料装置、自动堆垛装置、铣削清理系统、去毛刺装置、铣削动力头部件、位移测量系统及控制系统组成。

4、技术专利及论文

①工艺创新：本创新点所属学科分类为金属切削加工工艺；专利授权号为：ZL2013 2 0521130.0。

论文：中国包装工业2015年7期“薄钢板双面铣边机述评”。采用铣边工艺相对于化学方法和磨边工艺是一种新的工艺创新。铣边工艺无化学污染、无粉尘污染、无噪音污染，可实现自动化生产。

②基于全自动生产的智能化控制技术的创新。本创新点所属学科分类为自动化技术应用；专利授权号为：ZL2013 2 0521130.0。

论文：中国包装工业2015年7期“薄钢板双面铣边机述评”。本生产线控制方式采用时序集中控制方式，操纵着机床从上料、送料、压料、导向、铣削、出料及堆垛的各个动力部件的工艺动作顺序、持续时间等，将传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在PLC 处理单元的控制下协调有序地工作，有机地把这些独立部分融合在一起，实现了生产的全自动化控制。

③本创新点所属学科分类为金属切削加工工艺；专利授权号为：ZL2013 20521130.0。

论文：中国包装工业2015年7期“薄钢板双面铣边机述评”。基于适应薄钢板双面、两端高速铣削的工艺创新：配置4个两对左右旋、高速、风冷式铣削动力头；设置了动力头安装偏移角；铣刀盘采用45°八面刃端面刀盘，大前角，自带有风冷系统；动力头可整体横向调节，能够满足多种规格板宽的铣削工作。

④本创新点所属学科分类为传感器技术；专利授权号为：ZL2013 2 0521130.0。

论文：中国包装工业2015年7期“薄钢板双面铣边机述评”。基于铣削精度精确的技术创新：设置四路位移测量和精确微调整系统，可视性显示铣头的调节量；实现铣头的精确调整。

三、与国内外领先水平的对比分析

由于国内目前还未发现采用铣削方法消除镀锌板电镀层和预涂卷板涂膜层的技术，也未发现用于铣削薄钢板（0.7～1.5mm）双面铣边机。

表2 全自动钢板双面铣边机生产线同类型国外比较表

通过上述及性能表的参数对比，本项目产品拥有较高的产品性能、较低的能耗、较低的采购成本和设备维护费用，其技术先进性、创新性、实用性列具国内领先水平。