《全自動鋼板雙面銑邊機生產線》獲得科學技術獎

文/侯斌

由西安重友機電自動化工程有限公司和西安生產力促進中心共同研究開發的《全自動鋼板雙面銑邊機生產線》，在中國包裝聯合會2016年度科學技術獎評審會上，獲得了較高的評價，被評為二等獎。

該項目研究目標是研制一種鋼板銑邊機床生產線，用來處理鍍鋅鋼板和預涂卷板為原材料制作鋼桶對桶身焊接搭邊處進行預處理的專用設備，是用銑削加工的方法對鍍鋅鋼板鍍層和預涂卷板涂層板材兩邊緣上下面處同時進行加工，以消除縫焊搭接處的鍍鋅層或涂膜層，為下道工序—縫焊提供光潔的表面。鋼板銑邊機是采用鍍鋅鋼板和預涂卷板制桶必不可少的設備，它為本行業采用這種新工藝材料提供了有效的保障，解決了用鍍鋅鋼板和預涂卷板工業化生產鋼桶這一一直困擾行業企業的瓶頸。

該項目的實施已經推動鍍鋅鋼板和預涂卷板在金屬包裝行業的應用，并通過鍍鋅鋼板和預涂卷板的應用而達到生產產生的廢氣和廢水為零污染，從而保護環境。

一、銑邊機生產線簡介

該項目主要研發內容有：①基本參數的設計：銑削力、銑頭轉速、鋼板輸送進給速度以及銑削動力頭安裝偏移角等主要參數的計算；②高速銑削動力頭以及配置方式；③自動上料機械手吸盤技術；④單片機控制檢測技術以及機床的PLC電控技術；⑤主機的傳動裝置、壓料裝置、導向裝置以及送料裝置；⑥自動成品堆垛裝置；⑦銑削刀具；⑧銑頭風冷系統；⑨銑削清理系統等。

生產線的組成：生產線主要由自動上料機械手、床身部件、銑削動力頭部件、送料系統、壓料部件、自動出料裝置、自動堆垛裝置、銑削清理系統、去毛刺裝置、風冷系統、位移測量系統和控制系統等組成。表1為生產線主要技術參數。

表1 生產線主要技術參數

該項目已獲受權實用新型專利1項：項目名稱：鋼板銑邊機專利號：ZL2013 20521130.0。項目在中國包裝聯合會鋼桶專業委員會的支持下，得到了很好的推廣，在鋼桶行業已11家企業購置了12臺銑邊機或生產線；在集裝箱制造業也有2家企業購置了銑邊機。預計到2020年，隨著免噴漆制桶新工藝材料市場的成熟，免噴漆鋼桶增加的增量將是2015年的6～8倍，預計該項目產品能銷售50～60臺以上，具有明顯的推廣應用經濟效益和社會效益。該項目的實施將會對免噴漆制桶新工藝材料在本行業的推廣應用起到積極地推動作用。

二、銑邊機生產線的先進性

現在越來越多的鋼桶生產企業采用鍍鋅鋼板作為原料板材，預涂板材也是一種是國內新興起來的免噴漆制桶新工藝材料，它們的普及使用將徹底免除制作鋼桶環節中電鍍、磷化、噴漆、烘干等工序帶來的環境污染，大大縮短工作流程，達到了節能減排的目的。全自動鋼板銑邊機是用來處理免電鍍、免噴漆鋼桶桶身焊邊工藝的專用設備，是采用免電鍍、免噴漆板材制作鋼桶不可獲缺的設備，它為行業采用這種新工藝材料提供了有效的保障。

1、關鍵創新技術

①基于薄鋼板的銑削精度技術；②基于薄鋼板的雙面兩端同時銑削技術；③基于實現銑削動力頭可視性微調技術；④基于防止板材在銑削過程中刀具切入或切出時撕裂鋼板出現打角現象的技術；⑤基于實現不同板寬、板厚的多種產品生產技術；⑥基于銑刀頭冷卻及提高刀片使用壽命的立式銑刀盤技術；⑦全自動化生產技術

2、主要創新內容

①自動上料機械手吸盤技術

采用行業普遍使用的真空吸盤式機械手，用于鋼桶生產線上鋼板的分張輸送，它的原理是借真空泵抽取吸盤內腔的空氣，以產生負壓而吸持鋼板。

真空吸盤式機械手其內部集成了所有的真空系統元器件，包括真空發射器。可變的尺寸調節裝置能夠快速的根據不同工件的尺寸或被吸取物體特殊的表面進行調節，保證吸盤能夠安放在合適的位置。集成在內部的真空發生器和控制閥塊可保證系統快速形成真空（很短的循環時間，動態的上下料和運輸），保證了較高的能源利用率。

②單片機控制檢測技術、機床的PLC電控技術

該項目電氣控制采用成熟的控制技術，采用PLC可編程控制器對《自動鋼板雙面銑邊機生產線》進行行為控制，采用單片微處理器對《自動鋼板雙面銑邊機生產線》進行檢測控制，具有數字圖形顯示和遠程控制功能。

③基本參數的選擇

銑削力的計算:銑邊屬于金屬銑削，通過實驗徑向力不能大于切向力的2倍，較大的徑向力作用會使得機架、鋼板以及銑頭組成的工藝系統產生較大的彈性變形，從而影響銑削精度。在銑頭刀具的設計上如何減小徑向力考慮的方向之一。

銑頭轉速：銑刀的轉速高，生產效率高，鋼板表面光潔好，但速度過高，鋼板易產生銑焦燒傷等缺陷。通過反復試驗，銑刀的轉速定為2800r/min 是可行的。

銑邊鋼板輸送進給速度：銑邊鋼板輸送進給速度與銑邊質量以及生產效率有關，但進給速度過快，不但銑削面的表面光潔度就小，而且鋼板容易出現打角現象。為了更好的解決這一問題，機床采取減小切入、切出時的送料速度防止銑刀切入或切出時撕裂料板，送料驅動電機選為變頻調速電機，結合光電開關以及PLC程序控制，以實現銑邊鋼板輸送進給速度。

銑削動力頭安裝偏移角：銑削動力頭安裝偏移角是本項目研究的重點方向之一，銑刀頭的中心軸線與鋼板的進給方向要有一偏移角。這個偏移角的設置有三個作用：一是提高銑邊的穩定性；二是為鋼板送進方便；三是銑邊形狀的需要。鋼板制造用的是薄鋼板，剛性差，而銑邊的銑削力較大，輸送鋼板僅靠送料裝置的兩個滾軸夾送，如果沒有偏移角，像平面銑一樣，則因銑削力較大會是鋼板弓起，輸送阻力大。銑削動力頭安裝偏移角的設置對鋼板送進也帶來方便。因此，偏移角的選擇必須根據鋼板的性能、輸送能力以及銑邊寬度等因素全面考慮，合理的選用。

④高速銑削動力頭的設計

采用3對圓柱滾子軸承和滑動軸套，電機與動力頭通過聯軸器相連接，以保證動力頭有足夠的剛性。滑動軸套，升降套與主軸進行滑動配合,以便調整間隙，在切削時不易產生振動,提高了銑頭的運動精度及整體剛性,提高了加工精度，高速轉動時噪音低;整體速度轉動順暢扭力大。

⑤壓料裝置的設計

本機床在靠近銑削裝置的機身架體上設置有板材壓緊裝置，板材壓緊裝置包括壓料滾輪以及壓料板。沿著導料板的送料方向設置有五組壓料滾輪，其中三組連接在機身架體上，其余兩組連接在前壓料輥和后壓料輥兩端。

⑥導向裝置的設計

導向裝置有壓料板、墊板、導料板、抽板擋板等組成。為了防止料板在送料過程中跑偏，機身架體、出料臺以及上料臺兩端邊緣均設置導向裝置，銑刀位于導料板兩端邊緣上方，銑刀內側、導料板上方設置有壓料板，壓料板能夠進一步防止銑刀切入和切出時撕裂料板，壓料板與導料板之間設置有墊板，墊片厚度根據料板的厚度而定，保證料板能夠從壓料板和導料板之間通過。

⑦送料裝置的設計

送料裝置包括有前壓料輥、后壓料輥及導料板，前壓料輥和后壓料輥兩端固定在機身架體上并通過傳動裝置與送料驅動電機連接，導料板設置在機身架體兩側邊緣處，前壓料輥的前部設置有出料臺，后壓料輥的后部設置有上料臺，前壓料輥和后壓料輥之間設置有沿豎直方向錯位對向一對銑削動力頭。

⑧刀具的設計

采用設計的8 刃45°面銑刀盤，大前角，卻削負荷小。四面刃端面銑刀，設計有刀片定位壓板，保證了8 個銑刀片在同一個平面上，且空屑空間大，排屑好。

3、生產線的組成：

由自動上料機械手、床身部件、送料系統、壓料部件、導料部件、自動出料裝置、自動堆垛裝置、銑削清理系統、去毛刺裝置、銑削動力頭部件、位移測量系統及控制系統組成。

4、技術專利及論文

①工藝創新：本創新點所屬學科分類為金屬切削加工工藝；專利授權號為：ZL2013 2 0521130.0。

論文：中國包裝工業2015年7期“薄鋼板雙面銑邊機述評”。采用銑邊工藝相對于化學方法和磨邊工藝是一種新的工藝創新。銑邊工藝無化學污染、無粉塵污染、無噪音污染，可實現自動化生產。

②基于全自動生產的智能化控制技術的創新。本創新點所屬學科分類為自動化技術應用；專利授權號為：ZL2013 2 0521130.0。

論文：中國包裝工業2015年7期“薄鋼板雙面銑邊機述評”。本生產線控制方式采用時序集中控制方式，操縱著機床從上料、送料、壓料、導向、銑削、出料及堆垛的各個動力部件的工藝動作順序、持續時間等，將傳感檢測、傳輸與處理、控制、執行與驅動等機構在PLC 處理單元的控制下協調有序地工作，有機地把這些獨立部分融合在一起，實現了生產的全自動化控制。

③本創新點所屬學科分類為金屬切削加工工藝；專利授權號為：ZL2013 20521130.0。

論文：中國包裝工業2015年7期“薄鋼板雙面銑邊機述評”。基于適應薄鋼板雙面、兩端高速銑削的工藝創新：配置4個兩對左右旋、高速、風冷式銑削動力頭；設置了動力頭安裝偏移角；銑刀盤采用45°八面刃端面刀盤，大前角，自帶有風冷系統；動力頭可整體橫向調節，能夠滿足多種規格板寬的銑削工作。

④本創新點所屬學科分類為傳感器技術；專利授權號為：ZL2013 2 0521130.0。

論文：中國包裝工業2015年7期“薄鋼板雙面銑邊機述評”。基于銑削精度精確的技術創新：設置四路位移測量和精確微調整系統，可視性顯示銑頭的調節量；實現銑頭的精確調整。

三、與國內外領先水平的對比分析

由于國內目前還未發現采用銑削方法消除鍍鋅板電鍍層和預涂卷板涂膜層的技術，也未發現用于銑削薄鋼板（0.7～1.5mm）雙面銑邊機。

表2 全自動鋼板雙面銑邊機生產線同類型國外比較表

通過上述及性能表的參數對比，本項目產品擁有較高的產品性能、較低的能耗、較低的采購成本和設備維護費用，其技術先進性、創新性、實用性列具國內領先水平。