文献综述机械设计制造及其自动化

文献综述  自中国焊接学会和中国焊接协会成立以来，两会为切割行业的发展、切割技术的推广应用做出了卓越贡献。特别是近几年，两会多次组织各种形式的国内外学术交流活动，焊接切割展览会和切割行业新产品、新技术现场交流会。组织制定了一系列焊割机具产品的国家新标准和产品分等标准。通过这些工作，使我们对国内外切割行业的发展动态有了一定的了解，也为行业各企业间的技术交流、信息互通提供了很好的机会。从而有力地推动了整个切割行业的技术进步和发展。        在当今的工业领域中，焊接结构件在各行各业中得到了广泛地运用。板材切割是焊接成品加 工过程中的首要步骤，也是保证焊接质量的重要工序。利用先进的现代切割技术，不但可以保证产品的焊接质量，提高劳动生产率，同时也使得企业产品的制造成本大幅度下降，缩短了产品生产周期。随着新产品、新工艺、新技术的广泛运用。智能化精密切割将成为切割行业今后发展的趋势。  1 切割行业的现状        我国切割行业主要有以下几类生产企业组成 1）门式切割机； 2)小车式切割机及割嘴；3)等离子切割电源及割嘴； 4)手工焊割炬及焊割嘴等。切割行业经过几十年的发展，其产品从单一的手工割炬发展成为一个门类较为齐全的产业。产 品基本能满足国内市场的需求，并有部分产品进入国际市场。近年来，我国门式数控切割机生产技术的发展尤为迅速。  式切割机     现代仿形切割仍以门式数控切割机为主，因为只有这种数控切割方式，才能有效地保证切割过程中的工序完全自动化。我国数控切割技术发展比较晚，但其发展速度非常快。在八十年代以前，在我国，板材下料主要是以手工或半自动小车下料为主。进入八十年，随着企业改革的不断深入，人们认识到；利用先进的切割技术，不仅是保证产品焊接质量的关键，同时也使得板材利用率大幅度提高。在一些板材用量较大的企业 ，由于板材利用率的提高，缩短了数控切割机的设备投资回收期，并取得了良好的经济效益。因此，数控切割机的市场需求量逐年上升。从而推动了我国切割行业的飞速发展。  车式切割机及割嘴        小车式切割机，作为切割行业传统的板材下料设备，由于操作简便、使用灵活等特点，所以在各个行业中应用非常广泛。这几年在技术上和品种上虽没有很大的发展，但产品质量总体趋于稳定。在我国，每年仍有相当部分的板材还是采用小车下料，因此目前市场需求量不会有很大的波动。主导产品仍以 小车式切割机为代表，年市场需求量约在 1 万台左右，其他各种型号的小车式切割机年销售量约 5 千台左右  离子切割电源及割嘴        等离子切割技术发展的历史不长，但其发展的速度非常快。由于等离子切割有较好的切割质量，热变形小，切割速度快等优点，特别是在有色金属和薄板切割方面，其优势更为明显。采用精细等离子切割技术，材料切割表面质量已达到了激光切割质量的下限。随着对等离子切割技术的不断推广和运用，人们对等离子切割技术有了新的认识，因此等离子切割机在各行业中运用越来越广泛。   焊割炬及焊割嘴        由于我国的工业基础还比较薄弱，因此手工焊割炬在我国具有很大的市场，应用范围很广泛。手工割炬这类产品的技术含量较低，市场需求量大。因此国内制造这一产品的厂家较多，而且分布相当广泛。  2 切割行业的发展趋势     切割行业的发展始终与金属制造企业（特别是造船业）发展是分不开的，通过与这些企业的紧密合作和技术交流，给我们切割行业，带来了许多不同的生产理念和富有挑战性的经验和技术。  现代金属制造企业为了优化其产品的结构性能，使得产品更经济，生产周期更短，在国际市场上更具竞争力。这就必须对其原有的制造技术和生产工艺提 出新的设想和要求，部分设想和要求将要在切割设备上得以实现。这样就对我们切割行业提出了新的课题和新的设计理念。 2 1 提高切割前工件的准备质量        对钢结构生产企业来说，材料在切割前必须进行表面预处理。在板材切割过程中，有大量焊接轮廓线和后道工序标记需要进行划线、定位。在板材切割、划线和焊接过程中，必须除去表面防护层和锈迹。这样才能提高切割速度和焊接质量。如果不去除这些防护层和锈迹，将会使得切割速度下降，在一些情况下还会产生切割表面缺陷，而需要修补。在焊接过程中，还会导致角焊缝超标，造成不可预测的变形 和以后表面位置偏差，生产代价昂贵的不良后果。同时还会使得表面划线变得模糊不清。影响了后道工序的正常进行。        要解决这些问题有许多种方法。目前常用的方法，主要是在切割机上安装喷砂装置，这一方法是用细砂高速喷射在切割、划线表面，从而起到清洁金属表面的作用，在以后的工序中，可以或多或少地起到清洁焊接表面的作用。但现今掌握的喷砂技术其工作速度只能达到 4m/面清洁率为 75。这一速率只能满足切割的要求，而目前喷粉划线、等离子弧划线和喷墨划线已达到了 20m/度。显然采用这一方法，已不能完全适 应高速切割的工艺要求。        要掌握一种装置，使其表面处理的速率与划线速度相匹配，这样才能使得生产效率得到提高。目前，国外已研制出一种高速打磨装置，使得表面处理速度达到了 20m/面清洁率为 92，从而真正实现了高速自动化的切割方法。        钢切割和空间曲线切割        在现代化的产品设计中，运用了大量型钢焊接方式。型钢切割最近成为切割行业技术发展的一个新的热点。近几年，关于工业上型钢切割的想法和报道很多。我们这里所讨论的工业用型钢，主要是指变截面，扁球面及球形截面型材。大多数型钢切割后将直接进行焊接，因为型钢切割后再进行表面加工，这样是非常困难的，而且效率低下，质量不易控制。但目前所使用的型钢切割方法，其切割轮廓线的正确性和生产力，远没有达到现代平面切割所达到的水平。        目前，最普通的操作方法，是采用专机配置氧火焰割炬或等离子割炬，利用专用夹具与定位系统，实现定 位夹紧切割松开的操作方法。这种操作方法有两大缺点 1定位、夹紧、松开的操作方式很费时 2切割后的型钢集聚的残余应力释放后，常常会导致切割形状的误差。简单的说；就是这种操作方法限制了切割设备的工作能力，并且行容易产生不合格的产品。        目前 ,国外已在门式切割机上安装一个专用切割机械手，开发了一种五轴控制系统，配上专用切割软件，该系统可以就在空间切割出各种轨迹。利用特殊的跟踪探头，在切割过程中控制切割运行轨迹。这样就可以对型材端部和中间 (如排料孔 )进行切割，这种切割方法避免上述方式的不足。也就是说 ，在型材上特殊的最终切割得以实现。        割工具的改进及应用        由于计算机设计在工业设计中得到了广泛地运用。原先在板材切割后，很多相贯切割面，需后面多道加工工序，才能得以实现最终焊接面，现在要求在板材切割过程中，要求完成这些相贯面的切割，这样不仅可以减掉多道工序，而且保证了焊接质量。        原来的坡口切割工艺，大多是采用等角坡口切割，现在的工业设计，则要求有变角坡口切割，因此在切割工具上出现了无限旋转变坡口割炬、等离子变坡口割炬（ 专用切割工具。利用专用切割软件，使 得这种坡口切割装置的编程变得非常简便，工作时只需输入切割材料的厚度、坡口角度，其他所有设置均有控制器自动完成，控制系统能根据切割方向及割缝位置，自动在板材上表面或下表面设置割炬的旋转点。        等离子切割有其独特的优点，利用等离子进行坡口切割，以经济角度来看，变得越来越重要。因此，许多门式数控切割机上都安装了等离子坡口切割装置。在切割过程中，只需启动与之相关切割“窗口”，输入必要切割参数即可进行自动切割。        等离子割炬有许多电缆和软管，为了防止这些电缆和软管在切割过程中缠绕。目前国外主要采用 “防缠绕技术”和“柔性切割技术”，这些技术的运用，使的等离子变坡口切割得以实现。        光切割技术的发展        自上世纪七十年代初，激光切割技术投入生产应用以来，发展速度非常快，技术日趋完善。目前工业发达国家对这一技术的运用较为广泛。促使激光切割技术得到更多使用的主要原因是：激光切割具有热变形小、切割精度高、易于实现无人自动切割。通过使用改进型的大功率激光源，使其切割速度接近了等离子切割的水平，从切割表面质量来看，激光切割优于等离子切割。        目前，国外已研制出适用于坡口切割的 激光处理器和相关的控制软件。解决了激光坡口切割所需大量数据处理的问题，使的在切割过程中的角度、光距以及运行速度得到了有效的控制。这样使激光切割更具实用性。其中德国  司已向市场推出多功能三维激光切割机。        从现今人们所掌握的各种切割技术来看，激光切割技术无疑是最好的切割方法。除了上面所述的特点外，激光切割还具有噪声小、无污染等优点。随着人们环保意识的不断增强，加之激光源制造成本的下降，这样激光切割技术优势更为突出。利用激光切割技术替代火焰和等离子切割，将成为今后切割技术发展的趋 势 . 展切割机控制系统的职能        随着 量保证体系在各企业中的实施，为了总结产品生产状况，在生产过程中记录工艺参数、故障信息的工作变得越来越重要。这也赋于了控制系统对生产流程和工艺管理新职能。数控控制系统监控着许多参数。除了要精确记录无故障的生产过程，还要记录故障发生情况。如果将所有的故障信息和工作时的切割工艺参数随时储存起来，那么通过这些保存下来的数据，就可随时总结出产品质量状况。所有这些信息均有日期和时间记录。这对以后正确分析故障原因和修改相关参数大有益处。        通过使用先进的火焰及等离子切割设备，希望切割部件获得质量均一的切割表面。为了实现这一目标，排除人为因素和提高经验数据的准确性是非常重要的。为了使之成为可能，将有关参数保存在易于保管的数据库内，需要时可随时提取。例如，在等离子切割过程中，一旦选定材料的种类，板材的厚度及合适的切割气体，即可从数据库中获得所有必要的参数设置，数控系统则将这些数据传送到电力传输系统和流体传感控制装置，以控制给定值。这样一来，切割机的所有执行机构，就能够非常精确的执行这些数值，不正确操作的概率大大下降，这就意味着切割零件的切割质量能 够保持稳定。任何一个切割机操作人员都可生产出相同切割质量的零件。在工作过程中，一旦材料的组成发生显著变化，而原来数据库中没有这方面信息，操作人员则需对相关的参数进行适当的修改，这些新的数据将成为数据库中的固定信息，并随时能够进行修改。        为了改进生产计划，完善工艺流程。通过数控系统将切割机与企业中央数据网络相连，这样可以对多台数控切割机的工作状态和工作流程进行监控。通过动态数据交换服务器进行交流，可直接对多台切割机进行生产流程的安排，一旦发现妨碍生产流程及周期性延误生产的情况，便可及时进行生产流程 的重新安排，排除延误生产的因素。网络化、信息化是现代企业实现现代化管理的基础。        3 结束语        现代切割机技术在工业领域中的运用将是多方面的，以上仅是对现代切割技术 ,在提高切割工艺水平和提高焊接质量等方面，介绍了国外一些切割技术的发展趋势和动态。今后我们切割行业还有很多工作要做，如非金属切割技术，大功率激光切割技术，全自动切割流水线等项目的研制开发。只有通过不断努力，不断拓宽我们的工作思路，切割行业将在新形势下得到进一步的发展。随着世界各地 各项技术飞速发展的时代，尤其的随着计算机技术的高速 发展，机械制造行业也得到了飞速的发展，其主要表现在数控加工等方面， 数控方面有着一定成熟的技术 。数控技术加工的精度高， 对于精密仪器批量生产是一个很大的福音 ，但是 因为造价原因小型工厂 ， 还是比较适用于这类机械 。 圆满的的解决小厂所需求的问题，有没有出翔精密加工不堪重负的经济因素和资源的浪费。对 此，在本次设计中，根据工厂生产加工的 一些 实际情况，对现有的 钢管切割机 改进。使本次设计的 钢管切割机的 操作简单、生产成本低、维护简单、生产效率高等优点。  此 设计的切管