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【摘要】数控技术在生产加工中小型形状复杂的机械零件中，其经济效益显著。数控技术在大型钢结构的加工制作中也发挥了其强大的优势——省时、省力、节约成本等。本文以国电蚌埠电厂2×600MW机组工程汽机房钢屋架制作为例，阐述了数控技术在钢结构加工中的应用。
【关键词】数控;钢屋架;钢结构
1.数控技术的概念
数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令程序通过计算机控制来实现机床的自动加工，完成加工任务的技术。它所控制的通常是机床的位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。
传统的 CNC 系统是一种专用的封闭体系结构的数控系统，即：系统硬件是专用的，各厂家的主板, 伺服电路板专门设计，厂家之间产品无互换性；系统软件结构是专用的，无可移植性，也无伸缩性。根据这种数控开放性趋势，开放的目的就是使NC 控制器与当今的PC 机类似，系统构筑于一个统一的、开放的平台上，具有模块化组织结构，以便迅速适应不同的应用需求。
2.数控技术的特点
数控技术具有如下特点：(1)适应性强，(2)质量高、精度稳定，(3)生产效率高，(4)能实现复杂的运动，(5)良好的经济效益，(6)有利于生产管理的现代化。
2.1发达国家开放式数控系统研究进展
现在世界上许多国家和地区众多战略发展计划纷纷出台， 如欧共体的OSACA, 日本的OSEC，美国的NGC和OMAC等计划，他们基本代表了开放式数控系统的发展现状。
2.1.1欧共体的OSACA 计划 OSACA 控制系统在结构上分为两部分，即应用软件和系统平台。控制软件包括所有对系统专用的功能，独立的应用模块使用OSACA 界面，并且可以运行在和OSACA 兼容的系统平台之上；系统平台包括系统硬件和系统软件。系统硬件包括各种电子部件，如主板和I/O 模块；系统软件包括操作系统、通讯系统和驱动程序等。系统平台对应用程序提供一个标准的应用编程接口(API)，并且系统平台具有开放式系统结构的4 个特性：互操作性、移植性、可扩展性和互换性。
2.1.2日本的OSEC 计划 OSEC 计划是在日本国际机器人和工厂自动化研究中心建立的开放式数控委员会的倡导下，由3 个机床厂、1 个系统厂和2 个信息公司发起的，其目的是开发基于PC 平台的、具有高性能价格比的开放式体系的新一代数控系统。OSEC 的目标是提出一个国际性的FA控制设备标准，其重点集中在NC 本身和分布式控制系统上。OSEC 认为，从制造的观点来看，NC 是分布式制造系统中的一个服务器。它将各功能单元分组并结构化在一些功能层中，其开放式系统包括了3 个功能层共7 个处理层。每一个处理层被划分为两部分：NC 基本功能部分和可变功能部分，OSEC 开放系统正是通过这一特点来表现其开放性。
2.1.3美国的NGC 和OMAC 计划NGC 的体系结构是在虚拟机械的基础上建立起来的，通过虚拟机械把子系统和模块链接到计算机平台上。NGC是一个实时加工控制器和工作站控制器，要求适用于各类机床的CNC 控制和周边装置的过程控制，包括切削加工、非切削加工、测量及装配、复合加工等。NGC 与传统CNC的显著差别是基于“开放体系结构”。在SOSAS 中定义了NGC 系统、子系统和模块的功能以及相互间的关系，提出了代表控制要求的9 个功能设计概念。
3.数控技术在大型钢结构中的应用实例
国电蚌埠发电厂2×600MW机组工程#1机汽机房屋面结构由屋架梁、钢檀条及水平角钢支撑组成，总重约204吨。其中屋架梁为焊接H型钢HA1000×350-16×25与焊接变截面H型钢HA（1000-1226-1000）-16×25螺栓连接组成，长度26.94m，单重7.9吨，共10榀，H型钢和板材为Q345B材质。
屋架在现场铆工厂10t龙门吊下制作，包括变截面屋架梁H型钢的制作、屋面槽钢檩条的下料，并最终将屋架梁制作为单榀，运至汽机房安装。对于钢屋架的制作安装，一般要有以下的施工程序：验料→整板拼接→放样→下料（传统手工加工需要）→制作→制孔→校正→喷砂防腐→成品移交。在整个施工过程中，“下料”部分采用数控技术加工。下面对该部分数控加工过程进行阐述分析。
3.1工艺分析
屋架型钢下料应以实际放样尺寸为准，钢材切割可采用机械剪切和气割等方法。无论采用何种方法，都应划线准确、切割平直，且杆件端部切割面与轴线垂直。角钢、圆钢、槽钢等切割采用气割，钢管采用无齿锯下料。但槽钢等型钢下料前应校直，校直采用型钢校直机或用火焰法校直。屋架梁变截面H型钢腹板为不规则形状，考虑腹板下料采用数控火焰切割机，根据需切割板材的厚度采用不同型号的割嘴。技术员需提供放样图纸和数控程序，建立坐标系并对刀，火焊工保证切割机的良好运行，为做到精确切割，应考虑到切割缝隙，钢板厚度为12mm，割缝宽度一般在3-4mm，所以在数控编程时须考虑采用刀具补偿命令。
3.2加工程序
N010 G92 X0 Y0 M20
N020 G90 G00 G42 X40 Y0 M12 M10
N030 G01 X51.2 Y0
N040 G01 X4555 Y50.5
N050 G01 X9008.1 Y0
N060 G01 X9059.3 Y948.4
N070 G01 X4504.1 Y1226.4
N080 G01 X0 Y948.4
N090 G01 X51.2 Y0
N100 G01 X0 Y0
N110 G00 G40 X-100 Y0 M11 M13
N120 M30
3.3机床加工操作
3.3.1开机和参数初始化
打开数控火焰切割机系统电源，等待数秒钟，系统参数自动初始化。
3.3.2对刀
采用G92方式对刀。因钢板尺寸较大，且尺寸不等，无法采用固定夹具，故每次切割均需进行G92对刀。对刀点选在工件坐标系的原点处，在机床手动状态下，使用点动方式移动刀具对刀。对刀允许误差为0.5mm。
3.3.3工件安放
采用10t龙门吊将所需加工板材吊放在数控火焰切割机的导轨上，要求板材水平放置。由于板材自身重量大，切割机在加工时几乎不产生径向切割力，故利用板材自身重量即可
固定，无须采用专门的工装夹具。
3.3.4自动加工
将编制好的加工程序输入到数控系统中，输入刀具半径补偿值及其他参数。首件单榀在加工前需进行空运形试切，程序检查无误后进行自动加工。按下操作面板上的循环启动键，数控机床开始加工，火焊工人只需在旁边监视机床是否正常运行。当加工完一件板材时，用龙门吊吊下加工好的工件，重新放入新的板材，G92对刀，重复3、4步骤即可。
4.采用先进加工设备的优势
在加工制作钢屋架时，由于采用了先进的加工设备和加工工艺，在加工和效果上，数控加工均比传统手工加工有明显优势。
在轻型钢屋架加工过程中，采用先进的数控设备进行加工制作，无论在时间、劳动强度和加工成本上都较传统的加工方法有显著优势。因此，数控技术的推广应用不单在小型批量复杂机械加工上能发挥优势，在诸如电厂汽机房屋架、企业厂房屋架等大型钢结构制作上同样会产生巨大的经济效益，值得大力推广。■
【参考文献】
［１］杨叔子.机械加工工艺师手册[S].机械工业出版社，2002.
［２］李佳.数控机床及应用[M].清华大学出版社，2001.
【关键词】数控;钢屋架;钢结构
1.数控技术的概念
数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令程序通过计算机控制来实现机床的自动加工，完成加工任务的技术。它所控制的通常是机床的位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。
传统的 CNC 系统是一种专用的封闭体系结构的数控系统，即：系统硬件是专用的，各厂家的主板, 伺服电路板专门设计，厂家之间产品无互换性；系统软件结构是专用的，无可移植性，也无伸缩性。根据这种数控开放性趋势，开放的目的就是使NC 控制器与当今的PC 机类似，系统构筑于一个统一的、开放的平台上，具有模块化组织结构，以便迅速适应不同的应用需求。
2.数控技术的特点
数控技术具有如下特点：(1)适应性强，(2)质量高、精度稳定，(3)生产效率高，(4)能实现复杂的运动，(5)良好的经济效益，(6)有利于生产管理的现代化。
2.1发达国家开放式数控系统研究进展
现在世界上许多国家和地区众多战略发展计划纷纷出台， 如欧共体的OSACA, 日本的OSEC，美国的NGC和OMAC等计划，他们基本代表了开放式数控系统的发展现状。
2.1.1欧共体的OSACA 计划 OSACA 控制系统在结构上分为两部分，即应用软件和系统平台。控制软件包括所有对系统专用的功能，独立的应用模块使用OSACA 界面，并且可以运行在和OSACA 兼容的系统平台之上；系统平台包括系统硬件和系统软件。系统硬件包括各种电子部件，如主板和I/O 模块；系统软件包括操作系统、通讯系统和驱动程序等。系统平台对应用程序提供一个标准的应用编程接口(API)，并且系统平台具有开放式系统结构的4 个特性：互操作性、移植性、可扩展性和互换性。
2.1.2日本的OSEC 计划 OSEC 计划是在日本国际机器人和工厂自动化研究中心建立的开放式数控委员会的倡导下，由3 个机床厂、1 个系统厂和2 个信息公司发起的，其目的是开发基于PC 平台的、具有高性能价格比的开放式体系的新一代数控系统。OSEC 的目标是提出一个国际性的FA控制设备标准，其重点集中在NC 本身和分布式控制系统上。OSEC 认为，从制造的观点来看，NC 是分布式制造系统中的一个服务器。它将各功能单元分组并结构化在一些功能层中，其开放式系统包括了3 个功能层共7 个处理层。每一个处理层被划分为两部分：NC 基本功能部分和可变功能部分，OSEC 开放系统正是通过这一特点来表现其开放性。
2.1.3美国的NGC 和OMAC 计划NGC 的体系结构是在虚拟机械的基础上建立起来的，通过虚拟机械把子系统和模块链接到计算机平台上。NGC是一个实时加工控制器和工作站控制器，要求适用于各类机床的CNC 控制和周边装置的过程控制，包括切削加工、非切削加工、测量及装配、复合加工等。NGC 与传统CNC的显著差别是基于“开放体系结构”。在SOSAS 中定义了NGC 系统、子系统和模块的功能以及相互间的关系，提出了代表控制要求的9 个功能设计概念。
3.数控技术在大型钢结构中的应用实例
国电蚌埠发电厂2×600MW机组工程#1机汽机房屋面结构由屋架梁、钢檀条及水平角钢支撑组成，总重约204吨。其中屋架梁为焊接H型钢HA1000×350-16×25与焊接变截面H型钢HA（1000-1226-1000）-16×25螺栓连接组成，长度26.94m，单重7.9吨，共10榀，H型钢和板材为Q345B材质。
屋架在现场铆工厂10t龙门吊下制作，包括变截面屋架梁H型钢的制作、屋面槽钢檩条的下料，并最终将屋架梁制作为单榀，运至汽机房安装。对于钢屋架的制作安装，一般要有以下的施工程序：验料→整板拼接→放样→下料（传统手工加工需要）→制作→制孔→校正→喷砂防腐→成品移交。在整个施工过程中，“下料”部分采用数控技术加工。下面对该部分数控加工过程进行阐述分析。
3.1工艺分析
屋架型钢下料应以实际放样尺寸为准，钢材切割可采用机械剪切和气割等方法。无论采用何种方法，都应划线准确、切割平直，且杆件端部切割面与轴线垂直。角钢、圆钢、槽钢等切割采用气割，钢管采用无齿锯下料。但槽钢等型钢下料前应校直，校直采用型钢校直机或用火焰法校直。屋架梁变截面H型钢腹板为不规则形状，考虑腹板下料采用数控火焰切割机，根据需切割板材的厚度采用不同型号的割嘴。技术员需提供放样图纸和数控程序，建立坐标系并对刀，火焊工保证切割机的良好运行，为做到精确切割，应考虑到切割缝隙，钢板厚度为12mm，割缝宽度一般在3-4mm，所以在数控编程时须考虑采用刀具补偿命令。
3.2加工程序
N010 G92 X0 Y0 M20
N020 G90 G00 G42 X40 Y0 M12 M10
N030 G01 X51.2 Y0
N040 G01 X4555 Y50.5
N050 G01 X9008.1 Y0
N060 G01 X9059.3 Y948.4
N070 G01 X4504.1 Y1226.4
N080 G01 X0 Y948.4
N090 G01 X51.2 Y0
N100 G01 X0 Y0
N110 G00 G40 X-100 Y0 M11 M13
N120 M30
3.3机床加工操作
3.3.1开机和参数初始化
打开数控火焰切割机系统电源，等待数秒钟，系统参数自动初始化。
3.3.2对刀
采用G92方式对刀。因钢板尺寸较大，且尺寸不等，无法采用固定夹具，故每次切割均需进行G92对刀。对刀点选在工件坐标系的原点处，在机床手动状态下，使用点动方式移动刀具对刀。对刀允许误差为0.5mm。
3.3.3工件安放
采用10t龙门吊将所需加工板材吊放在数控火焰切割机的导轨上，要求板材水平放置。由于板材自身重量大，切割机在加工时几乎不产生径向切割力，故利用板材自身重量即可
固定，无须采用专门的工装夹具。
3.3.4自动加工
将编制好的加工程序输入到数控系统中，输入刀具半径补偿值及其他参数。首件单榀在加工前需进行空运形试切，程序检查无误后进行自动加工。按下操作面板上的循环启动键，数控机床开始加工，火焊工人只需在旁边监视机床是否正常运行。当加工完一件板材时，用龙门吊吊下加工好的工件，重新放入新的板材，G92对刀，重复3、4步骤即可。
4.采用先进加工设备的优势
在加工制作钢屋架时，由于采用了先进的加工设备和加工工艺，在加工和效果上，数控加工均比传统手工加工有明显优势。
在轻型钢屋架加工过程中，采用先进的数控设备进行加工制作，无论在时间、劳动强度和加工成本上都较传统的加工方法有显著优势。因此，数控技术的推广应用不单在小型批量复杂机械加工上能发挥优势，在诸如电厂汽机房屋架、企业厂房屋架等大型钢结构制作上同样会产生巨大的经济效益，值得大力推广。■
【参考文献】
［１］杨叔子.机械加工工艺师手册[S].机械工业出版社，2002.
［２］李佳.数控机床及应用[M].清华大学出版社，2001.