多用途帶鋸床的設(shè)計(jì)

徐進(jìn)揚(yáng)

（江蘇省經(jīng)貿(mào)技師學(xué)院，江蘇連云港 222000）

1 主要結(jié)構(gòu)

本帶鋸床采取雙立柱結(jié)構(gòu)，由鋸弓、工作臺(tái)、床身等部件組成（圖1）。雙立柱垂直固定在床身上，工作臺(tái)安裝在床身導(dǎo)軌上。焊接結(jié)構(gòu)的鋸弓安裝在雙立柱的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌上，鋸弓弓身面與雙立柱導(dǎo)軌面平行；也可設(shè)計(jì)成一定角度，需將導(dǎo)向手扳轉(zhuǎn)角度作相應(yīng)變化滿足工作需求。鋸弓下有承載油缸的支承。導(dǎo)向臂固定在鋸弓內(nèi)側(cè)，導(dǎo)向手安裝在導(dǎo)向臂前端定位孔內(nèi)，起扳轉(zhuǎn)和夾持鋸條的作用：正常狀態(tài)下帶鋸條鋸齒方向?yàn)樗较蚯?，也可扳轉(zhuǎn)90°，垂直向下。

圖1 鋸床外形結(jié)構(gòu)

2 工作原理

兩個(gè)方向分別固定后都可進(jìn)行切割。前者采用水平方向的進(jìn)給油缸推動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)工件，實(shí)現(xiàn)水平進(jìn)給和快速退刀。后者采用重力進(jìn)給，通過控制承載油缸放油速度來控制進(jìn)給速度，控制承載油缸進(jìn)油實(shí)現(xiàn)抬刀（將鋸弓向上抬起，脫離工件）；進(jìn)給和退刀，都可通過液壓調(diào)節(jié)閥無級(jí)調(diào)節(jié)，且具有互鎖功能，滿足工作需要。

2.1 承載油缸、進(jìn)給油缸參數(shù)

油缸壓力與面積通過垂直方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)計(jì)算：

其中，P 為油缸壓力，S 為油缸活塞面積，G 為鋸弓部件重量。

水平方向進(jìn)給采用類比法，即與垂直方向采用相同的油缸壓力和面積參數(shù)，使用同一套動(dòng)力系統(tǒng)，包括油泵、管路、控制閥等。

流量：根據(jù)進(jìn)給速度和快速退刀的要求，0～500 mm/min。

行程：根據(jù)加工任務(wù)，或機(jī)床型號(hào)確定。

2.2 鋸條扳轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

導(dǎo)向臂底端加工定位孔，一側(cè)開槽，帶鋸條從槽內(nèi)方便進(jìn)出（圖2）。上面2 個(gè)孔用來將導(dǎo)向臂固定在鋸弓內(nèi)側(cè)，并配鉆定位銷孔，配鉸，用定位銷定位，保證底端定位孔中心與鋸條斷面中心重合。下面45°方向2 個(gè)螺紋孔用來固定導(dǎo)向手。

圖2 導(dǎo)向臂

導(dǎo)向手設(shè)計(jì)成中部有凸緣、兩側(cè)圓柱結(jié)構(gòu)，凸緣兩側(cè)帶有對(duì)稱的90°圓弧槽（圖3）。裝配時(shí)，一端圓柱面與導(dǎo)向臂定位孔配合，中部突緣的端面與導(dǎo)向臂側(cè)面緊貼，實(shí)現(xiàn)軸向定位，導(dǎo)向手在擺轉(zhuǎn)的兩個(gè)位置保證周向位置的確定性，控制鋸條的切削方向。

圖3 導(dǎo)向手

導(dǎo)向手兩側(cè)分別由深溝球軸承扳轉(zhuǎn)裝置和硬質(zhì)合金塊夾持裝置。兩個(gè)交錯(cuò)安裝的軸承扳轉(zhuǎn)鋸條到工作角度，再由兩側(cè)硬質(zhì)合金壓塊將鋸條精確導(dǎo)向和定位。導(dǎo)向手通過導(dǎo)向臂前端的定位孔定位，并由螺釘固定。導(dǎo)向手回轉(zhuǎn)中心與鋸條中心重合，使鋸條工作過程中只受扭轉(zhuǎn)力矩、切削抗力、進(jìn)給抗力和張緊力，不承受因?qū)蚴謧?cè)向錯(cuò)位而導(dǎo)致的橫向力，保證鋸條正常工作的壽命。

安裝或更換帶鋸條的過程如下：①打開防護(hù)罩；②松開張緊油缸或張緊螺釘；③松脫導(dǎo)向手夾板；④將待更換鋸條取走，換上新鋸條，注意齒向朝前；⑤導(dǎo)向手夾板夾緊，若需改變切削方向，松脫導(dǎo)向手凸緣處固定螺釘，扳轉(zhuǎn)導(dǎo)向手至所需方向，然后擰緊固定螺釘；⑥手動(dòng)或液壓張緊鋸條，合上防護(hù)罩。

2.3 鋸弓部件與立柱

鋸弓采用65Mn 鋼板、型鋼等焊接而成，后經(jīng)人工時(shí)效處理，消除焊接內(nèi)應(yīng)力。安裝面要經(jīng)過切削加工，保證尺寸、位置精度。滑塊、滑座是帶輪固定和張緊的機(jī)構(gòu)，為減小鋸條扳轉(zhuǎn)變形程度，保證鋸條壽命，宜適度增加帶輪與導(dǎo)向手的距離，即適當(dāng)增加鋸弓長度。

立柱一側(cè)固定線性滾珠導(dǎo)軌，主動(dòng)帶輪一端的立柱采用雙滑塊，從動(dòng)帶輪端立柱導(dǎo)軌裝一個(gè)滑塊，避免過定位。立柱通過端面法蘭盤固定在床身上，2 個(gè)立柱頂端有剛性橫梁相連，以增強(qiáng)側(cè)向剛度，抵抗切削力引起的側(cè)向傾斜變形。

2.4 質(zhì)量分析

劇削質(zhì)量，主要通過劇削軌跡，即劇削面的質(zhì)量來體現(xiàn)。鋸削面歪斜原因分析：①導(dǎo)向手未調(diào)整到位，鋸條歪斜；②鋸條分齒不均勻，加工導(dǎo)致鋸齒磨損不均勻；③機(jī)床本身幾何精度工作精度；④水平切割時(shí)，鋸弓下移。

系統(tǒng)的剛度對(duì)工作過程起到?jīng)Q定性作用。向下鋸切時(shí)，立柱受橫向切削分力；水平鋸切時(shí)，工件對(duì)鋸條、鋸弓切削抗力，進(jìn)給抗力.雙立柱受變形的力矩：

其中，F(xiàn) 為進(jìn)給力與切削力的合力，H 切削位置鋸縫與雙立柱安裝平面的高度。

以此估算立柱的尺寸結(jié)構(gòu)。在端面焊接法蘭或增設(shè)加強(qiáng)筋，立柱頂端安裝剛性橫梁，提高剛度和穩(wěn)定性。增設(shè)剎緊裝置和限位裝置，以滿足零件形狀與尺寸要求，防止過切，防止橫切時(shí)鋸弓下移。

3 自動(dòng)化改進(jìn)及擴(kuò)大加工范圍

3.1 自動(dòng)化

機(jī)床自動(dòng)化是現(xiàn)代工業(yè)的總趨勢(shì)，工件夾緊、送料、切削進(jìn)給、鋸弓升降、導(dǎo)向手扳轉(zhuǎn)等動(dòng)作，均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或電動(dòng)控制。

（1）導(dǎo)向手扳轉(zhuǎn)。將導(dǎo)向手中部盤狀凸緣結(jié)構(gòu)改為局部齒輪，可以用油缸推動(dòng)齒條，帶動(dòng)與之嚙合的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)到位實(shí)現(xiàn)扳轉(zhuǎn)，用同一油泵作為動(dòng)力源。也可以改為蝸輪蝸桿加電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)。諸多動(dòng)作，在PLC 控制下有序完成。

（2）伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。鋸弓的升降用伺服電機(jī)+蝸輪蝸桿減速+滾珠絲杠螺母副代替上下油缸，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化進(jìn)給驅(qū)動(dòng)控制。水平進(jìn)給油缸同樣可以用滾珠絲杠+步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)，改為數(shù)字化控制。

3.2 擴(kuò)大加工范圍

待加工工件固定在工作臺(tái)上的鉗口內(nèi)，鉗口在水平方向可扳轉(zhuǎn)角度，可完成斜角度切割。如果需要精確控制角度，可在工作臺(tái)上安裝分度盤，或數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)等實(shí)現(xiàn)。配合鋸條的水平和垂直方向的扳轉(zhuǎn)，即可將工件進(jìn)行多角度橫豎兩方向的切削，提高機(jī)床的工作范圍和利用率。

齒輪齒槽鋸切方法：增裝數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)或手動(dòng)分度頭，可以鋸切齒輪（圖4）。鋸傾斜面需防止起鋸滑移。

圖4 齒輪粗加工

4 安全性分析

防護(hù)罩保護(hù)操作者人身安全。

切削之前，確保工件已被夾緊，且工件切割斷開后依然穩(wěn)定，余料被切除后會(huì)得到妥善處理。

高度定位、限位措施，保護(hù)工件不會(huì)被過切。

橫豎相交兩道鋸切路線的正確鋸切順序?yàn)椋合人角邢?，后豎直切削，結(jié)束切削前余料外擺不夾鋸條。反之鋸切結(jié)束時(shí)會(huì)出現(xiàn)夾、砸鋸現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成堵轉(zhuǎn)，斷齒，斷鋸條。特殊情況下必須采取先豎直、后水平加工順序，需要承擔(dān)余料的重量而采取吊裝措施和鋸縫填塞工作，避免夾鋸條。

切削管材型鋼，要用細(xì)齒鋸條，防止鋸齒卡入工件。

滾珠絲杠本身無自鎖功能，機(jī)床工作時(shí)配裝蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)、剎車電機(jī)等提供安全保證。裝配和維修時(shí)加以注意，以免出現(xiàn)危險(xiǎn)。

5 結(jié)語

鋸切加工工作量以面積計(jì)算，銑削、刨削等全切削方式的加工工作量以體積計(jì)算，相差數(shù)倍甚至數(shù)十倍。銑刨等工序?qū)C(jī)床、刀具要求高，生產(chǎn)成本高?，F(xiàn)代工業(yè)發(fā)展步伐加快，大型設(shè)備增多，機(jī)械加工大型零件增多。

多用途鋸床的出現(xiàn)，可對(duì)鋸削工序改善提升，如田灣核電站某工件加工即通過L 形軌跡鋸削完成。大型工件也可通過留余量的鋸削，縮減后續(xù)工序的工作量，如大模數(shù)齒輪齒槽V 形軌跡鋸削，大大減輕滾齒機(jī)工作量，已在三峽升船機(jī)3 英寸（76.2 mm）模數(shù)的齒輪齒條加工中應(yīng)用。鋸削代替或部分代替銑削、刨削等加工，節(jié)能提效，具有較高的推廣價(jià)值。