Linsinger銑邊機在螺旋預焊機組的應用研究

韓立坤，李 強，汪隴隴

（中油寶世順（秦皇島）鋼管有限公司，河北 秦皇島 066206）

自2008年以來，螺旋焊管預精焊生產工藝因其技術先進性在國內制管企業廣泛應用，由于預焊的焊接質量直接影響精焊的焊接質量，因此預焊生產質量越來越受到人們的關注。而精準的帶鋼工作寬度和直度是保證穩定成型的必備條件[1-3]；均勻的坡口尺寸和表面清潔度為焊接質量提供根本保證[4-5]。在一定預焊焊接工藝前提下，機組的產能與銑邊機的加工能力息息相關[6]。所以預焊機組銑邊機是影響產能和預焊管質量的關鍵設備[7]。經過對5年預精焊生產經驗的總結和效益對比，中油寶世順（秦皇島）鋼管有限公司（以下簡稱寶世順公司）將國產精銑銑邊機更換為Linsinger精銑銑邊機，提高了產品成材率、生產效率，降低了生產成本。本研究重點介紹和分析了Linsinger精銑銑邊機的結構與功能。

1 Linsinger銑邊機簡介

1.1 工藝布局

圖1 銑邊機工藝布局

銑邊機工藝布局如圖1所示。寶世順公司預焊機組采用 “粗銑+精銑”的雙銑工藝，粗銑銑削0～10 mm的板邊，主要用于消除原料的彎度；Linsinger銑邊機用于銑削X形焊接坡口，保證精確的工作寬度。在原料板形較好的情況下，單臺Linsinger銑邊機也可滿足生產需求。

1.2 功能與參數

Linsinger精銑銑邊機用來加工X形坡口，來料入口處設有寬度檢測裝置，可檢測來料工作寬度及相對位置，通過程序計算分配相等的銑削量到左右銑削單元。銑削單元上下浮動功能可根據原料的板形保證銑刀盤與帶鋼處于相對固定的位置，使坡口銑削量保持一致。同時根據銑削量、帶鋼的遞送速度、鐵屑厚度等參數自動調整轉速，在保證刀片使用壽命的前提下，滿足準確的工作寬度、板邊平整度和光潔度。

Linsinger精銑銑邊機主要的工藝和技術參數見表 1～表 3。

表1 工藝參數

表2 技術參數

表3 不同板厚的最大遞送速度

2 Linsinger銑邊機結構特點

Linsinger精銑銑邊機三維效果及結構簡圖如圖2所示。

圖2 Linsinger銑邊機的三維效果及結構簡圖

（1）鏈排式排屑機具有30 kg/min的排屑能力，帶有鐵屑高度檢測裝置，鐵屑斗內鐵屑達到一定高度后做出更換提示。

（2）寬度調整分為邊沿定位和中心定位兩種模式，且可以相互切換。主要由伺服電機、滾珠絲杠、抗扭剛性線性導軌等組成，具有驅動精度高，傳動阻力小的特點。

（3）底座通過化學錨栓固定在水泥地面上，流線型導屑槽使鐵屑全部落到排屑機上。

（4）銑削單元的主動力由交流電機提供，齒形同步帶傳動。

（5）帶鋼寬度測量裝置安裝在兩側銑削單元來料入口處，檢測來料位置和寬度，通過位移傳感器發送數控模擬信號，控制銑削單元。寬度測量裝置如圖3所示。

（6）每個銑刀盤都具有清理鐵屑功能，銑削后的鐵屑將按照排屑通道落入排屑機，防止刀盤周圍鐵屑積聚成堆。

（7）銑削單元包含原料導向和上下浮動裝置。銑削單元入口和出口分別布置上下導向輥，對應刀盤處有三個導向輥，另外銑削單元配有擋屑板和防護罩，可根據原料壁厚調整間隙，帶鋼出口加裝鐵屑反吹裝置，防止鐵屑飛濺。

圖3 寬度測量裝置

（8）下導板固定在底座上，左右兩排輥對原料起支撐作用。

3 Linsinger銑邊機工作原理

3.1 銑削深度自動調整

Linsinger精銑銑邊機橫向寬度調整機構是由寬度測量裝置、伺服減速機、滾珠絲桿副和重載滑軌等組成。伺服減速機和滾珠絲桿副能精確控制移動距離，重在滑軌有效減小移動阻力。寬度調整結構如圖4所示。

圖4 寬度調整結構示意圖

該銑邊機銑削量自動調整分兩種銑削模式，一種是兩側銑削量平均分配，另一種是刀盤固定模式。

3.1.1 銑削量平均分配

入口處寬度測量裝置能精確檢測出帶鋼寬度B，根據設定工作寬度B1，平均分配兩側刀盤的銑削量，無論檢測出帶鋼寬度如何變化，銑削后的工作寬度都能得到精確保證。當B≤B1時系統會報錯停車，需通過重新調整工作寬度B1。此銑削模式比較適合帶鋼的中心遞送方式，不能消除原料彎度，帶鋼直度無法保證。

3.1.2 刀盤固定模式

此種銑削模式適合邊緣遞送方式，兩側銑削量不同m≠n，但能保證銑削后帶鋼的直度，但不能避免脫銑。

3.2 坡口銑削上下自動浮動

浮動銑削技術，克服了由于鋼板本身平面度誤差造成所加工坡口一致性差的難題[8]。自動浮動機構由床頭箱、升降氣缸、帶鋼壓下輥裝置等組成。安裝時需對刀盤水平零位進行校正，程序中設定所需坡口尺寸后，壓下輥自動調整到位，床頭箱根據原料板邊情況由氣缸帶動上下浮動，保證刀盤與帶鋼的銑削相對位置不變來實現坡口銑削上下自動浮動的功能。

3.3 轉速自動調整

刀盤轉速與帶鋼的鋼級和厚度、銑削深度、鐵屑厚度、遞送速度有關。該銑邊機通過設定鐵屑厚度、帶鋼的鋼級和厚度等參數后，系統根據銑削量、機組遞送速度按照銑削計算公式自動調整轉速，鐵屑厚度一致，達到滿足生產需求的同時消耗最小電能。

3.4 刀盤及坡口調整

3.4.1 刀盤結構

模塊式銑刀盤可裝30片刀（Z=3×10），由刀座、緊固螺栓、吊鉤、刀盤本體和排屑塊組成，每個刀盤都有相應編號，刀盤本體做動平衡處理。刀盤本體三維效果及刀盤剖面如圖5所示。

圖5 刀盤本體的三維效果及刀盤剖面圖

刀盤包含4個緊固螺栓，兩側都配有氣動扳手、風槍等工具方便刀盤快速拆裝，提高工作效率。

3.4.2 刀座和刀片的更換

刀片和刀座更換必須是在專用高精度工作臺上進行，同時配有扭力扳手和百分表，實現快速更換刀片和檢查刀片徑向跳動。刀盤工作臺如圖6所示。刀座和刀片固定必須達到規定扭矩，徑向跳動一般控制在0.06 mm以內，這為高精度銑削和刀片壽命提供有效保證[9-10]。

圖6 刀盤工作臺示意圖

3.4.3 坡口及鈍邊的調整

刀片分布及安裝位置如圖7所示。上、下坡口角度通過更換相應的刀座來實現，中間刀座根據使用情況定期檢修清理和潤滑。鈍邊調整通過更換下刀座墊片厚度來實現。鈍邊位置通過刀盤的零位校準、上坡口深度調整來完成。

圖7 刀片分布及安裝位置示意圖

4 Linsinger銑邊機電氣系統

4.1 系統組態

Linsinger銑邊機電氣控制系統使用西門子S7－300系列PLC進行分布式總線控制。CPU采用了ET200S系列IM151－7 F－CPU，從站使用了西門子ET200S從站、SEW伺服控制器、MM440變頻器、DP/DP Coupler等設備，通過Profibus－DP總線實現分布式網絡控制。Linsinger銑邊機電氣系統網絡組態如圖8所示。

圖8 Linsinger銑邊機電氣系統網絡組態

4.2 電氣控制原理

（1）控制系統采用Profibus－DP總線進行分布式網絡控制，在銑邊機左、右床頭箱上各安裝有ET200－S從站，用于采集現場信號和進行開關量控制。操作臺也使用了ET200－S從站，用于采集按鈕控制信號和信號燈的輸出，大大節省了現場接線，提高了設備運行效率。

（2）銑刀盤運行采用了兩臺75 kW三相變頻電機，采用西門子MM440變頻器進行調速控制，實現刀盤的無極調速。刀盤轉速可根據在HMI界面上設定的鋼帶厚度、鐵屑厚度等參數進行自動調節，保證銑削質量。

（3）銑邊機橫向進給與壓下量調節均采用了SEW伺服電機控制，電機上安裝有絕對值編碼器，用于進行高精度閉環控制與當前位置的采集?？刂破鞑捎昧薙EW伺服控制器，與CPU通過DP總線進行連接，用于控制信號的給定與電機編碼器值、速度值與電流值等電機數據的采集與傳輸。

（4）Linsinger銑邊機作為一個單獨的控制系統，與焊管機組通過DP/DP Coupler進行通訊連接。兩系統間建立了32個字節的通訊通道，用于傳輸遞送速度、遞送電流、銑削深度等模擬量信號與系統運行、生產線停車、系統故障等開關量信號，實現了Linsinger銑邊機與焊管機組控制系統的通訊無間隙連接與全自動聯動運行。

4.3 人機界面

Linsinger銑邊機系統使用了西門子MP277 10 in觸摸屏進行人機交互，安裝在操作臺的中間位置，也通過Profibus－DP總線與CPU進行連接，用于系統工作參數的輸入與系統工作狀態的顯示。系統中預置了中文、英文與德文三種語言，可通過觸摸按鈕進行切換，方便不同語言的人員進行操作。人機界面如圖9所示。

圖9 人機界面

5 結 語

中油寶世順（秦皇島）鋼管有限公司通過預精焊機組精銑銑邊機的改造升級，達到了預期效果，有效提高了銑削穩定坡口尺寸控制精度，從根本上提高了預焊管的質量。Linsinger銑邊機的坡口仿形、銑削深度平均分配等先進功能為國產銑邊機的技術改進提供了參考。

［1］王鳳成.螺旋埋弧焊管常見成型工藝缺陷產生原因及預防措施［J］.鋼管，2008，37（05）：51-54.

［2］辛希賢.管線鋼的焊接［M］.西安：陜西科學技術出版社，1997.

［3］郭學華.成型調整對螺旋埋弧焊管焊接質量的影響分析［J］.山西冶金，2003（03）：40-44.

［4］隋永莉.厚壁大口徑X70鋼管的焊接坡口形式設計［J］.焊接技術，2002（03）：49-50.

［5］蔡龍庭.壓力容器焊接坡口形式與尺寸對埋弧焊熔深的影響［J］.壓力容器，1998（02）：30-35.

［6］陳秀玲.HK型銑邊機在螺旋焊管生產線的應用與改進［J］.石油機械，2009，37（07）：37-39.

［7］鄭家紅.銑邊工藝在螺旋焊管生產中的應用探討［J］.鋼管，2008，37（01）：65-67.

［8］岳金成.鋼板銑邊機浮動銑削單元的結構設計［J］.機械研究與應用，2009（02）：67-68.

［9］劉洪飛.帶鋼銑邊機用硬質合金刀片的優化 ［J］.工具技術，2009，43（06）：97-100.

［10］郭振其，李志華，王立柱，等.銑邊機上坡口刀片使用壽命影響因素及對策［J］.焊管，2003，26（06）：48-50.