一種新型高速金屬鋸板機(jī)的研究與應(yīng)用

摘要：針對(duì)目前國(guó)內(nèi)金屬板料切割方式存在加工精度及加工效率低的問(wèn)題，研發(fā)了一種新型高速金屬鋸板機(jī)。經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用表明，該金屬鋸板機(jī)性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)合理、安全可靠、噪聲低、效率高。

關(guān)鍵詞：鋸板機(jī);金屬切割機(jī);鋸切

0 引言

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，金屬制造業(yè)也迅速崛起并得到高速發(fā)展。對(duì)于金屬板料的切割，目前國(guó)內(nèi)以火焰切割、帶鋸條切割等方式為主，也有極少數(shù)的生產(chǎn)企業(yè)采用圓鋸片切割機(jī)，但這些方式無(wú)論是加工精度，還是加工效率都不是很高，不能滿足生產(chǎn)企業(yè)的需求，所以亟需研發(fā)一款加工精度高、生產(chǎn)效率高和自動(dòng)化程度高的鋸切金屬板料的設(shè)備，以滿足市場(chǎng)需求。本文通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，根據(jù)生產(chǎn)企業(yè)使用要求，研發(fā)了一種新型高速金屬鋸板機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)金屬鋸板機(jī)）。

1 金屬鋸板機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.1? ? 金屬鋸板機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

金屬鋸板機(jī)主要由機(jī)架、送料裝置、進(jìn)給裝置、夾緊裝置、齒輪箱、油路系統(tǒng)和電器柜等組成，如圖1所示，采用圓鋸片方式鋸切金屬板料，同時(shí)圓鋸片采用鑲嵌的硬質(zhì)合金齒，其旋轉(zhuǎn)工作的線速度可達(dá)100～140 m/s。金屬板料經(jīng)過(guò)送料裝置輸送至待切割的位置，由夾緊裝置對(duì)其進(jìn)行夾緊固定，齒輪箱通過(guò)升降裝置運(yùn)行至切入點(diǎn)，鋸片以設(shè)定的參數(shù)旋轉(zhuǎn)，然后進(jìn)給裝置水平方向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)噴霧系統(tǒng)打開(kāi)，進(jìn)行金屬板料的鋸切，切割完成后，齒輪箱通過(guò)升降裝置上升，使鋸片的最低點(diǎn)高于金屬板料的上表面，然后齒輪箱通過(guò)進(jìn)給裝置后退至切入點(diǎn)，同時(shí)夾緊裝置松開(kāi)金屬板料，然后送料裝置輸送板料。整個(gè)過(guò)程全部自動(dòng)完成，操作者只需要輸入金屬板料的寬度、厚度和需要鋸切的數(shù)量。

1.2? ? 金屬鋸板機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

我們?cè)趨⒖颊{(diào)研有關(guān)金屬板料圓鋸機(jī)床后，認(rèn)為鋸板機(jī)在鋸切過(guò)程中，板料的夾緊可靠度是直接影響鋸切效果的主要因素。金屬板料毛坯外形尺寸較大，表面不平整，不利于夾緊金屬板料，水平夾緊限制了金屬板在水平方向的自由度，同時(shí)夾緊裝置的上壓夾緊限制其在垂直方向的自由度，這樣就使金屬板料完全固定。在鋸切過(guò)程中由于板料變形，經(jīng)常出現(xiàn)圓鋸片卡在鋸縫中變形的情況，想要沿著鋸縫后退出去十分困難，同時(shí)易損壞鋸片。而選用本文設(shè)計(jì)的金屬鋸板機(jī)，升降裝置使圓鋸片緩慢上升，離開(kāi)工件鋸縫，然后就可以更換圓鋸片了，由于上升的距離很短（高于金屬板料的厚度20～30 mm），采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了位置、速度和力矩的閉環(huán)控制;克服了步進(jìn)電機(jī)失步的問(wèn)題，抗過(guò)載能力強(qiáng)，能承受3倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，低速運(yùn)行平穩(wěn)。加減速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短，一般在幾十毫秒之內(nèi)，高速性能好，額定轉(zhuǎn)速為2 000 r/min，傳動(dòng)方式采用摩擦損失小、效率高、軸向剛度高、高低速運(yùn)行平穩(wěn)的滾珠絲桿傳動(dòng)，傳動(dòng)可逆，同時(shí)用定位精度高、剛性好，能承受上下左右方向負(fù)荷的直線導(dǎo)軌作為導(dǎo)向，因此，送料精度能達(dá)到0.008 mm/300 mm。

查閱了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)并校核，由于加工精度以及裝配誤差的影響，齒輪與齒輪之間存在著間隙，采用消除間隙的裝置是最好的辦法，同時(shí)安裝圓鋸片的主軸采用特殊的結(jié)構(gòu)方式和高精度的裝配，使得主軸端面的軸向跳動(dòng)小于0.001 mm，端面跳動(dòng)小于0.008 mm，高于機(jī)械行業(yè)金屬鋸切的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。在圓鋸片的兩側(cè)裝有夾持塊，增強(qiáng)圓鋸片的剛性，同時(shí)在鋸切的過(guò)程中，采用噴霧潤(rùn)滑方式對(duì)圓鋸片的鋸齒以及鋸切的地方進(jìn)行潤(rùn)滑，采用用環(huán)保切削油進(jìn)行精確計(jì)量的微量潤(rùn)滑方式，精心設(shè)計(jì)的噴嘴向鋸齒噴涂切削油，吸收?qǐng)A鋸片在鋸切過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，同時(shí)對(duì)圓鋸片的鋸齒進(jìn)行潤(rùn)滑，改善了圓鋸片的鋸切環(huán)境，使得圓鋸片的使用壽命增加從而降低生產(chǎn)成本。對(duì)于切割過(guò)程中產(chǎn)生的混合污染物，由專(zhuān)門(mén)的裝置吸收進(jìn)入初級(jí)凈化整流腔，腔內(nèi)的特殊結(jié)構(gòu)對(duì)污染物進(jìn)行均衡整流的同時(shí)，利用靜電對(duì)大顆粒油滴進(jìn)行吸附截留，分離出來(lái)的油水液體被集中回收。脫除油水的煙均衡進(jìn)入次級(jí)高壓場(chǎng)，油煙氣在高壓場(chǎng)作用下，被電離、分解、吸附、碳化，同時(shí)場(chǎng)中的活性因子臭氧，對(duì)煙氣中的有毒成分和異味進(jìn)行分離、除味，通過(guò)以上兩級(jí)多層次的凈化處理，可使油煙的去除率達(dá)到95%以上，不僅不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，回收之后的資源還能二次利用。同時(shí)，金屬鋸板機(jī)的機(jī)架、齒輪箱等主要部件由優(yōu)質(zhì)的高強(qiáng)度材料整體鑄造而成，具有剛性好、強(qiáng)度高、變形小、吸震性好等特點(diǎn)，顯著提高機(jī)床的整體剛性和鋸切過(guò)程的平穩(wěn)性。經(jīng)檢驗(yàn)測(cè)試，噪聲僅為70 dB。

電氣系統(tǒng)采用PLC控制，在PLC設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，由于采用了現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)和嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝來(lái)制造內(nèi)部電路，因此具有先進(jìn)的抗干擾能力，PLC平均無(wú)故障時(shí)間通常在20 000 h以上，這是一般的其他電氣設(shè)備做不到的。同時(shí)，用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備的外部接線;具有很強(qiáng)的自我診斷能力，能隨時(shí)查出自身故障，并顯示給技術(shù)人員，使技術(shù)人員能迅速檢查、判斷故障原因。如果是PLC自身問(wèn)題，在維修時(shí)只需更換插入式模塊及其他易損壞的部件即可。

金屬鋸板機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)：總功率為30 kW;主電機(jī)功率為22 kW;主軸轉(zhuǎn)速為20～90 r/min;硬質(zhì)合金鑲齒圓鋸片為460 mm×3.5 mm，齒數(shù)為60;金屬板料高度為100 mm;金屬板料寬度為600 mm;鋸切尺寸精度<0.1 mm/100 mm;機(jī)床外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為2 000 mm×3 000 mm×2 500 mm;總重量為1 200 kg;鋸片水平速度為1～30 mm/s（無(wú)級(jí)調(diào)速）。

2 金屬鋸板機(jī)的操作使用

金屬鋸板機(jī)接通快速接頭壓力為0.6 MPa左右的壓縮空氣源;接通380 V三相交流電源，此刻氣源壓力表上有讀數(shù)指示，旋轉(zhuǎn)“電源”開(kāi)關(guān)至“開(kāi)”位置，機(jī)床綠色指示燈亮起，PLC系統(tǒng)啟動(dòng)，進(jìn)入PLC主界面，設(shè)置材料尺寸、圓鋸片轉(zhuǎn)速及齒數(shù)、每齒進(jìn)給量等相關(guān)參數(shù)，設(shè)置完成后，啟動(dòng)油壓電機(jī)，然后按下“手動(dòng)”開(kāi)關(guān)至“開(kāi)”位置，則進(jìn)行半自動(dòng)的鋸切模式，如果按下“自動(dòng)”開(kāi)關(guān)至“開(kāi)”位置，則進(jìn)入全自動(dòng)鋸切模式，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算切割的數(shù)量及切割工件的平方數(shù)。當(dāng)圓鋸片在使用一段時(shí)間后，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)值，會(huì)提示操作工更換鋸片，并停止鋸切，等待更換鋸片。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出閃光報(bào)警，等待操作人員確認(rèn)，并可及時(shí)通知檢修人員進(jìn)行維護(hù)。出現(xiàn)以下情況時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)：液壓故障報(bào)警、噴霧冷卻系統(tǒng)故障報(bào)警、氣壓系統(tǒng)故障報(bào)警、3 min后沒(méi)有材料報(bào)警并且停機(jī)。金屬鋸板機(jī)可實(shí)現(xiàn)全過(guò)程自動(dòng)控制，即除手動(dòng)上料外，從自動(dòng)送料開(kāi)始到鋸切完成，一次性可以設(shè)置多種長(zhǎng)度尺寸，并設(shè)定多種長(zhǎng)度需要切割的數(shù)量，達(dá)到數(shù)量機(jī)器自動(dòng)停機(jī)。

3 結(jié)語(yǔ)

新型高速金屬鋸板機(jī)由我公司完成樣機(jī)制作，經(jīng)實(shí)驗(yàn)人員在半年時(shí)間內(nèi)對(duì)其加工的各種金屬板料的性能進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)分析后認(rèn)為，該金屬鋸板機(jī)性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)合理、安全可靠、噪聲低、效率高。將其投入到實(shí)際生產(chǎn)企業(yè)的鋸切中（三班制24 h），鋸切材料為Q345B，材料規(guī)格為500 mm×60 mm和365 mm×50 mm，根據(jù)客戶一年的使用情況表明，金屬鋸板機(jī)能切割橫斷面較大的坯料（100 mm×600 mm），下料精準(zhǔn)（小于0.1 mm/100 mm），表面光潔度能達(dá)到Ra3.2 μm，水平切料的速度達(dá)到10 mm/s，圓鋸片的使用平方數(shù)為10～15 m2，鋸切速度是其他鋸切方式的2倍以上，達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

收稿日期：2020-04-04

作者簡(jiǎn)介：施勇超（1988—），男，浙江麗水人，助理工程師，研究方向：金屬棒材、空心管以及金屬板料下料設(shè)備的研究與開(kāi)發(fā)。