郝 瑾，郝 樂，石冠斌，馬 波，汪 洋

(1.中國重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032； 2.新興鑄管股份有限公司，河北 武安 056300；3.西部新鋯核材料科技有限公司，陜西 西安 710016)

新型圓坯料復(fù)合夾緊裝置的研制

郝 瑾1，郝 樂1，石冠斌2，馬 波3，汪 洋1

(1.中國重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032； 2.新興鑄管股份有限公司，河北 武安 056300；3.西部新鋯核材料科技有限公司，陜西 西安 710016)

分析了傳統(tǒng)的圓坯料圓盤鋸切機(jī)因夾緊裝置引起的鋸切質(zhì)量、鋸切效率以及鋸切的安全性問題，在傳統(tǒng)夾緊裝置結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，研發(fā)了新型的圓坯料復(fù)合夾緊裝置。該夾緊裝置通過讓刀機(jī)構(gòu)將固定夾緊裝置和浮動夾緊裝置鎖定在一起，形成一個整體，解決了夾緊過程中坯料中心線與鋸片中心線的偏差問題，鋸切完成后兩側(cè)鋸切斷面與鋸片分離，不會劃傷斷面。該裝置已成功應(yīng)用于國內(nèi)多家大型管棒材生產(chǎn)企業(yè)，實際使用效果良好。

圓坯料；圓盤鋸機(jī)；夾緊裝置

0 前言

圓坯料圓盤鋸機(jī)是各種圓形、矩形或者異型截面坯料精整生產(chǎn)線中的關(guān)鍵設(shè)備，其工作效率和品質(zhì)直接影響生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)奏和成材率，其核心部件之一的夾緊裝置是圓盤鋸機(jī)實現(xiàn)斷面切斜度、斷面粗糙度以及安全穩(wěn)定鋸切控制的重要功能部件之一。隨著圓坯料精整生產(chǎn)工藝水平的發(fā)展以及用戶交貨要求的不斷提高，如何保證圓坯料在鋸切過程中夾持穩(wěn)定可靠，連續(xù)進(jìn)出料，從而提高鋸切斷面質(zhì)量、成材率以及生產(chǎn)效率等成為坯料圓盤鋸機(jī)設(shè)計的重要課題。

1 傳統(tǒng)夾緊裝置中所出現(xiàn)的問題

圓坯料圓盤鋸片一般采用合金鑲齒鋸片，由于圓坯料經(jīng)過熱軋后，一般采用輥道輸送過程中在線定尺切割，傳統(tǒng)的夾緊裝置只考慮了在理想狀態(tài)下對圓坯料的夾持作用，沒有充分考慮鑲齒鋸片對于夾緊裝置有更高的要求，因此在實際生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生以下幾種缺陷。

單水平夾緊結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于坯料在線切割來料一般長度約為幾十米，坯料直徑在變化，夾緊過程中為了保證鋸切位置的坯料中心線與生產(chǎn)線中心線位置偏離較小，需要使用墊塊，不同坯料直徑對應(yīng)不同厚度墊塊。首先直接影響了斷面的切斜度，坯料直徑越大斷面斜度越大，需要在后續(xù)工序中對斷面進(jìn)行修整；其次由于墊塊是把合在夾緊裝置上，存在安全隱患。

圖1 單水平夾緊結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Sketch of horizontal single clamping structure

雙水平夾緊結(jié)構(gòu)如圖2所示。兩側(cè)夾瓦采用液壓同步，由于現(xiàn)場惡劣的生產(chǎn)環(huán)境，頻繁的夾緊、打開過程中，夾瓦滑道摩擦力會產(chǎn)生變化。這樣既非常容易造成兩側(cè)夾瓦運動不同步，夾緊后使得鋸切力不穩(wěn)定，影響了斷面質(zhì)量的穩(wěn)定性，縮短了鋸片壽命，降低了生產(chǎn)效率，增加了生產(chǎn)成本。

圖2 雙水平夾緊結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Sketch of horizontal double clamping structure

在切削加工過程中，由于坯料重量大、鋸切截面大，為了夾持穩(wěn)定，一般沿坯料軸線方向采用兩點夾緊，即在鋸片兩側(cè)布置夾緊裝置分別固定在設(shè)備底座上。由于鑲齒圓盤鋸片鑲嵌的是合金刃齒，鋸片基體采用工具鋼，刃齒寬度略寬于基體厚度。鋸片在切削完成抬起過程中，刃齒經(jīng)常劃傷鋸切斷面，影響管端質(zhì)量。

水平夾緊原理圖如圖3所示。為了表示鋸片形狀，故將鋸片放在水平位置。實際工作中，鋸片應(yīng)從垂直方向向下鋸切。

圖3 水平夾緊原理圖Fig.3 Schematic diagram of horizontal clamping

針對以上問題，結(jié)合多年來生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，在傳統(tǒng)夾緊裝置結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，成功研發(fā)了一種圓坯料復(fù)合夾緊裝置。不僅解決了夾緊過程中坯料中心線與鋸片中心線的偏差，還可在鋸切完成后使兩側(cè)鋸切斷面與鋸片分離，鋸片在抬起過程中不會劃傷斷面，并且在下一次鋸切前自動復(fù)位，滿足了鋸機(jī)的全自動工藝要求。

2 夾緊裝置的組成及工作過程

夾緊裝置包括固定夾緊機(jī)構(gòu)、讓刀機(jī)構(gòu)、浮動夾緊機(jī)構(gòu)。固定夾緊機(jī)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的后夾緊機(jī)構(gòu)，直接與鋸機(jī)的底座定位把合。所有鋸切動作的位置都以該部件中某一個位置作為安裝測量基準(zhǔn)。讓刀機(jī)構(gòu)已獲得國家授權(quán)實用新型專利，采用類似柱塞油缸的原理，將缸體與固定夾緊把合，將柱塞與浮動夾緊把合。浮動夾緊機(jī)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的前夾緊機(jī)構(gòu)，通過讓刀機(jī)構(gòu)與固定夾緊機(jī)構(gòu)相連接。在鋸切前后，該機(jī)構(gòu)與固定夾緊之間，沿鋼管軸線方向有相對位置的變化。

夾緊裝置的一個切削循環(huán)過程包括初始狀態(tài)、鋸片空進(jìn)行程、夾緊及鎖緊狀態(tài)、鋸片工進(jìn)行程、鋸片回退行程等。

初始狀態(tài)。固定與浮動機(jī)構(gòu)的水平、20°夾緊裝置均處于打開狀態(tài)，讓刀機(jī)構(gòu)8處于伸出狀態(tài)。圓坯料沿軸線方向通過輥道輸送到鋸切位置并停止。

鋸片空進(jìn)行程。當(dāng)圓坯料輸送到鋸切位置停止后，垂直夾緊油缸11通過導(dǎo)桿10推動V形夾瓦9將坯料托起略高于輥道表面(保證夾緊時輥道表面不受力，保護(hù)輥道)，垂直夾緊油缸始終施加夾緊力。然后220°夾緊油缸裝有位移傳感器通過導(dǎo)桿3推動夾瓦4，使之與坯料接觸，通過液壓回路使220°夾緊油缸鎖緊。

夾緊及鎖緊狀態(tài)。最后水平夾緊油缸7通過導(dǎo)桿6推動夾瓦5將坯料夾緊。其中V形夾瓦9的角度與輥道角度為140°，夾瓦4與V形夾瓦9的一個面垂直。在夾緊過程中，水平夾緊油缸7始終給坯料施加夾緊力。浮動夾緊裝置與固定夾緊裝置采用同樣的機(jī)械結(jié)構(gòu)，浮動夾緊裝置通過讓刀機(jī)構(gòu)8安裝在固定夾緊裝置上，由讓刀機(jī)構(gòu)8帶動實現(xiàn)夾緊讓刀。此時整個夾緊裝置形成一個整體將圓坯料夾持牢固。

鋸片工進(jìn)行程。鋸片工進(jìn)切斷坯料。鋸切結(jié)束后，讓刀機(jī)構(gòu)8伸出，通過浮動夾緊將切斷的前段坯料拖出一段距離(約5 mm)，使浮動夾緊側(cè)斷面與鋸片分離開，然后鋸片通過其他裝置(該裝置安裝在傳動箱體內(nèi)的主軸上，在此不再介紹)帶動向浮動夾緊方向伸出一段距離(約3 mm)，使鋸片與固定夾緊側(cè)斷面分離開。

鋸片回退行程。鋸片抬起，水平夾緊油缸7打開，220°夾緊油缸打開，垂直夾緊油缸11打開，輥道開始將前段坯料輸送，后段坯料繼續(xù)前行至下一次鋸切位置，準(zhǔn)備下一次鋸切。

整個鋸切過程采用PLC全自動控制，重復(fù)進(jìn)行鋸切。如圖4所示，整個夾緊裝置與鋸機(jī)的底座在A、B面定位把合。

1.位移傳感器 2. 20°夾緊油缸 3.導(dǎo)桿 4.夾瓦 5.夾瓦 6.導(dǎo)桿 7.水平夾緊油缸 8.讓刀機(jī)構(gòu) 9. V形夾瓦 10.導(dǎo)桿 11.垂直夾緊油缸圖4 夾緊裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structure diagram of clamping device

3 夾緊裝置的設(shè)計及特點

3.1 設(shè)計的關(guān)鍵點

(1)與生產(chǎn)線中心線相匹配。圓坯料一般采用V形輥道輸送，坯料直徑不同中心線會有變化，設(shè)計過程中滿足在線生產(chǎn)要求。

(2)為了保證鋸切質(zhì)量和安全，V形夾瓦的開口度必須與V形輥道開口度一致。必須有一個夾緊面位置基準(zhǔn)固定不動，夾緊裝置所有部件的裝配和安裝尺寸以及夾緊動作的相對位置的測量尺寸都以該夾緊面為準(zhǔn)。

(3)夾緊效果。坯料的鋸切，其顯著特點是鋸切負(fù)載大，坯料重量大，對于夾緊和鋸切的力能、結(jié)構(gòu)要求滿足重載、穩(wěn)定。為此在結(jié)構(gòu)設(shè)計上要簡潔、牢固，便于維護(hù)。

(4)在線布置的鋸機(jī)一般采用鑲齒圓盤鋸片(鋸齒寬度略寬于鋸片基體)。在鋸切過程中，鋸片的下半部在夾緊裝置里面，坯料直徑越大，所需要的鋸片直徑越大。為了保證鋸切質(zhì)量，夾緊裝置必須帶有鋸片保持機(jī)構(gòu)(鋸片保持機(jī)構(gòu)本文不再贅述)。

(5)由于鋸片是鑲齒圓盤鋸片，鋸片在兩個夾緊裝置之間進(jìn)行鋸切，因此夾緊裝置必須具備讓刀功能。鋸片在回退時，必須將鋸切后的端面與鋸片分開一段距離，這樣鋸片在回退過程中才不會將鋸切的端面劃傷。

3.2 裝置的特點

由于在線布置的需要，整個夾緊裝置的控制必須具備全自動控制的功能。

整個夾緊裝置采用厚板坯直接加工，保證夾緊裝置的剛性。同時采用雙夾緊，即固定夾緊和浮動夾緊。固定夾緊與鋸切主機(jī)固定在一起，作為整個夾緊的基準(zhǔn)。浮動夾緊通過讓刀機(jī)構(gòu)與固定夾緊裝配在一起。當(dāng)鋸切時，讓刀機(jī)構(gòu)將浮動夾緊與固定夾鎖緊，形成一個整體。

采用20°方向、水平方向以及垂直方向V形的夾緊力分布，可使夾緊力接近平均分布，保證了夾緊的穩(wěn)定性。20°方向夾緊油缸的控制采用二級壓力，根據(jù)不同的圓坯直徑，通過幾何關(guān)系的計算，通過位移傳感器和比例閥來實現(xiàn)閉環(huán)控制。通過現(xiàn)場使用檢驗，定位精度準(zhǔn)確。垂直及水平夾緊在鋸切時始終施加夾緊力，避免了液體壓縮帶來的夾緊力波動。

為了保證固定夾緊裝置和浮動夾緊裝置在鋸切時能夠成為一個整體，該夾緊裝置通過讓刀機(jī)構(gòu)將固定夾緊裝置和浮動夾緊裝置鎖定在一起，形成一個整體。同時在鋸切結(jié)束后，讓刀機(jī)構(gòu)可以將浮動夾緊裝置和固定夾緊裝置分開一定距離，即將鋸切的鋼管端面分開一定距離，配合鋸片的讓刀，使鋸片在抬起過程中不會將鋸切的端面劃傷。

4 結(jié)論

本裝置已成功應(yīng)用于碳鋼、合金鋼、鋁合金、銅合金等各種圓坯料的鋸切，通過對夾緊裝置局部的優(yōu)化可實現(xiàn)對其他異形截面坯料的鋸切。本裝置的相關(guān)設(shè)計要點和突出性能已獲得國家發(fā)明專利。其生產(chǎn)效率和斷面鋸切質(zhì)量等指標(biāo)可與國外先進(jìn)設(shè)備媲美，可以作為坯料精整生產(chǎn)線新上或者改造項目的參考。

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Development of new type round-billet composite clamping device

HAO Jin1, HAO Le1, SHI Guan-bin2, MA Bo3, WANG Yang1

(1.China National Heavy Machinery Research Institute Co. Ltd., Xi’an 710032,China; 2.Xinxing Ductile Iron Pipes Co.,Ltd., Wu’an 056300, China; 3.Western Energy Marerial Technologies Co.,Ltd., Xi’an 710016, China)

After analyzing the cutting quality, efficiency and safety problems on traditional round billet disc sawing machines caused by the clamping devices, the new-type round billet combined clamping device was developed based on the structure of traditional clamping devices. Locking the fixed and floated clamping devices together to form a whole by cutter-relieving mechanism, the clamping device solved the centerline deviation problem between billet and saw blade. Sections at both sides are detached from saw blades after sawing, thus will not be scratched. The device has been successfully applied to multiple large domestic tube/bar producers with a good effect.

round billet; disc saw; clamping device

2016-05-07；

2016-07-23

郝瑾(1983-)，女，中國重型機(jī)械研究院股份公司工程師。

TG757

A

1001-196X(2016)06-0013-04