張曉東　賴玉活　李　健　李　新　李志敏　支凱寧

(①?gòu)V西科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西 柳州545006；②柳州市數(shù)控機(jī)床研究所，廣西 柳州545007)

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夾片鋸削加工專用鋸床設(shè)計(jì)

張曉東①賴玉活②李?、倮钚垄倮钪久簪僦P寧①

(①?gòu)V西科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西 柳州545006；②柳州市數(shù)控機(jī)床研究所，廣西 柳州545007)

夾片的鋸削加工是夾片生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵工序之一，現(xiàn)有的鋸削加工方法存在不能連續(xù)鋸削和加工效率低等問(wèn)題。通過(guò)分析夾片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工工藝，提出了一種可連續(xù)鋸削的加工方法。以此加工方法為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一種夾片鋸削加工專用鋸床。詳細(xì)介紹了該專用鋸床的總體結(jié)構(gòu)及工作原理，并對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。該專用鋸床提高了鋸削加工效率，降低了勞動(dòng)力成本和強(qiáng)度。

夾片；專用鋸床；連續(xù)鋸削；夾具

夾片是預(yù)應(yīng)力錨固體系結(jié)構(gòu)中主要的承載力執(zhí)行部件之一。在各類橋梁、邊坡治理、基坑支護(hù)、水電大壩、高層建筑、超重超大構(gòu)件提升、橋梁轉(zhuǎn)體等領(lǐng)域的工程施工中, 都會(huì)用到大量的錨具和夾片[1]。錨具夾片主要有兩片式、兩片四開(kāi)式和三片式，兩片式夾片在實(shí)際工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

兩片式夾片的鋸削是一道重要的加工工序，傳統(tǒng)的加工方法是將夾片裝夾到帶有一字排開(kāi)的錐形安裝凹槽的簡(jiǎn)易工裝上，利用通用金屬帶鋸床進(jìn)行鋸削加工，然后人工卸料。該方法需要人工不停地操作鋸床和裝卸工件，不能進(jìn)行連續(xù)鋸削，人工勞動(dòng)強(qiáng)度較大，輔助加工時(shí)間長(zhǎng)，加工效率低，且一人一機(jī)，勞動(dòng)力成本高。針對(duì)上述情況，結(jié)合兩片式夾片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工藝要求，設(shè)計(jì)了一種錨具夾片鋸削加工專用鋸床，以降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)力成本，提高加工效率，實(shí)現(xiàn)一人多機(jī)。

1　夾片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工藝分析

如圖1所示為兩片式預(yù)應(yīng)力錨具夾片的結(jié)構(gòu)圖。錨具夾片的結(jié)構(gòu)形狀是外輪廓為圓錐臺(tái)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)為非標(biāo)的內(nèi)螺紋和1:10的內(nèi)錐面，材料為20CrMnTi，表面滲碳硬化處理，硬度60～64 HRC，該材料具有良好的加工性，加工變形微小，抗疲勞性能好，能夠滿足工作夾片的工作條件和使用要求[2]。

兩片式夾片的加工流程主要經(jīng)過(guò)以下工序[1]：下料→擠壓外錐面→鉆內(nèi)孔、鉸孔→沖字→車小端面、外錐(含槽)、內(nèi)錐、倒角→攻絲→鋸開(kāi)→熱處理→滾砂→包裝。其中鋸削加工工序是將加工成型的夾片鋸切成中心對(duì)稱的兩片，鋸削槽寬為1.5 mm(破口)，傳統(tǒng)的鋸削流程為：人工裝夾→帶鋸床鋸條進(jìn)給鋸削→帶鋸床鋸條退刀→人工卸料，鋸削需要不停地進(jìn)刀、退刀和卸料，不能夠進(jìn)行不間斷地鋸削。因此，需要通過(guò)更新鋸切設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式來(lái)實(shí)現(xiàn)“人工上料→工件自動(dòng)夾緊定位進(jìn)給→自動(dòng)鋸削→自動(dòng)落料”的連續(xù)鋸削工藝。

2　專用鋸床總體方案

2.1專用鋸床總體結(jié)構(gòu)

錨具夾片鋸削專用鋸床作為一種自動(dòng)化程度較高的專用機(jī)床，具有一般加工機(jī)床的共性。根據(jù)兩片式錨具夾片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和連續(xù)鋸削的工藝要求，設(shè)計(jì)的夾片鋸削專用鋸床的總體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，主要由底座、主切削裝置、帶鋸條導(dǎo)向裝置、轉(zhuǎn)盤式進(jìn)給夾具、冷卻系統(tǒng)及電控箱等組成。這種總體結(jié)構(gòu)布局的主要特點(diǎn)有：其一，主切削裝置只做周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；其二，主切削裝置(主切削運(yùn)動(dòng))與轉(zhuǎn)盤式進(jìn)給夾具(進(jìn)給運(yùn)動(dòng))分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)；其三，進(jìn)給方式為旋轉(zhuǎn)式自動(dòng)持續(xù)進(jìn)給。

機(jī)床的主切削裝置和轉(zhuǎn)盤式進(jìn)給夾具安裝于底座上，為減少鋸削刀具(帶鋸條)掉齒和拉齒，主切削裝置安裝面傾斜于底座水平面一個(gè)角度α，該角度α大小根據(jù)夾片外錐面與軸線夾角大小而定。冷卻系統(tǒng)集成于底座箱體內(nèi)，使得機(jī)床整體結(jié)構(gòu)更加緊湊[3]。

2.2專用鋸床的連續(xù)鋸削過(guò)程

夾片連續(xù)鋸削過(guò)程如圖3所示，機(jī)床啟動(dòng)，主切削裝置中的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)帶鋸條直線運(yùn)動(dòng)，人工將夾片不斷地放置到轉(zhuǎn)盤式進(jìn)給夾具的錐形凹槽內(nèi)，夾片跟隨轉(zhuǎn)盤式進(jìn)給夾具旋轉(zhuǎn)進(jìn)入到鋸削位置，并與帶鋸條接觸，帶鋸條刀刃對(duì)夾片有一個(gè)主切削力(方向與主切削運(yùn)動(dòng)方向一致)的作用，且錐形配合具有自鎖功能，夾片被夾緊進(jìn)行鋸削，鋸削完成后的夾片繼續(xù)跟隨轉(zhuǎn)盤式進(jìn)給夾具旋轉(zhuǎn)，在夾片重力的作用下自動(dòng)落料，完成鋸削過(guò)程。此過(guò)程刀具(帶鋸條)固定切削運(yùn)動(dòng) ，工件進(jìn)給切削，保證了連續(xù)切削的要求。

3　設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1主切削裝置的設(shè)計(jì)

主切削裝置是夾片鋸削專用鋸床的核心功能部件之一，主要完成對(duì)工件的主切削運(yùn)動(dòng)。如圖4所示，主切削裝置主要包括鋸架、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、主動(dòng)鋸輪、帶鋸條、從動(dòng)輪和帶鋸條張緊機(jī)構(gòu)[4]。

電動(dòng)機(jī)是主切削運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源，動(dòng)力通過(guò)蝸輪蝸桿減速機(jī)傳遞到主動(dòng)鋸輪，電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)采用直聯(lián)的方式，空心輸出軸的減速機(jī)和主動(dòng)鋸輪通過(guò)階梯軸相連，動(dòng)力傳遞效率高。帶鋸條是主切削裝置的刀具，其切削運(yùn)動(dòng)通過(guò)帶鋸輪的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)而實(shí)現(xiàn)，根據(jù)被加工工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料屬性和文獻(xiàn)[5]推薦，刀具選擇雙金屬帶鋸條，規(guī)格為27 mm×0.9 mm-5/8Rt,在鋸削夾片時(shí)帶鋸條鋸切速度為Vs=70 m/min。鋸架是整個(gè)主切削裝置的支承機(jī)構(gòu)，由優(yōu)質(zhì)鋼板切割成形焊接而成，具有足夠的剛度。為了能夠使帶鋸條正常切削，工作前需要對(duì)帶鋸條進(jìn)行預(yù)張緊，該功能通過(guò)張緊機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)[4]。

3.2轉(zhuǎn)盤式進(jìn)給夾具的設(shè)計(jì)

進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是機(jī)床的基本運(yùn)動(dòng)之一，對(duì)機(jī)床的加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率有直接的影響[6]。夾具是用于實(shí)現(xiàn)工件的準(zhǔn)確定位、夾緊、刀具導(dǎo)向以及裝卸工件時(shí)的限位作用的[7]。傳統(tǒng)的普通金屬帶鋸床是采用手動(dòng)式或液壓式類虎鉗機(jī)構(gòu)夾緊定位工件，工件不動(dòng)，液壓油缸加導(dǎo)向立柱驅(qū)動(dòng)安裝有金屬帶鋸條的鋸架直線進(jìn)給，進(jìn)給方式為液壓無(wú)級(jí)調(diào)速。這種夾緊定位進(jìn)給方式需要不停地夾緊定位、進(jìn)刀、退刀和卸料，效率低，不能滿足不間斷切削的工藝要求。

轉(zhuǎn)盤式進(jìn)給夾具是夾片鋸削專用鋸床的重要組成部件，不僅承擔(dān)著工件的定位功能，而且可以完成工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。如圖5所示為夾片鋸削專用鋸床轉(zhuǎn)盤式進(jìn)給夾具的結(jié)構(gòu)圖，它主要由主動(dòng)轉(zhuǎn)盤式進(jìn)給夾具總成、被動(dòng)轉(zhuǎn)盤式進(jìn)給夾具總成和安裝座三大部分組成。雙級(jí)蝸輪蝸桿減速機(jī)選用空心輸出軸的結(jié)構(gòu)形式，主動(dòng)半軸安裝于減速機(jī)空心軸內(nèi)，并與主動(dòng)轉(zhuǎn)盤體通過(guò)螺釘連接組成主動(dòng)轉(zhuǎn)盤式進(jìn)給夾具總成；被動(dòng)轉(zhuǎn)盤式進(jìn)給夾具總成采用懸臂式結(jié)構(gòu)，被動(dòng)半軸軸頭端通過(guò)成對(duì)圓錐滾子軸承固定在軸承座上，被動(dòng)轉(zhuǎn)盤體與被動(dòng)半軸法蘭端由螺釘固聯(lián)。主動(dòng)轉(zhuǎn)盤體和被動(dòng)轉(zhuǎn)盤體的軸線在同一條直線上，且兩轉(zhuǎn)盤體相對(duì)端面之間留有間隙，主切削裝置中的帶鋸條從該間隙穿過(guò)。兩轉(zhuǎn)盤體外圓面上均勻布置有錐形凹槽，工件安裝到錐形凹槽中被夾緊定位，由電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)到主動(dòng)半軸的動(dòng)力經(jīng)工件傳遞到被動(dòng)半軸，從而形成了一個(gè)完備的動(dòng)力傳動(dòng)鏈，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了工件的定位夾緊和進(jìn)給[8-10]。

4　結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)了一種用于錨具夾片鋸削加工工序的專用機(jī)床，該機(jī)床主切削裝置帶動(dòng)刀具(帶鋸條)旋轉(zhuǎn)，被夾緊定位的工件跟隨轉(zhuǎn)盤式進(jìn)給夾具連續(xù)進(jìn)給鋸削，實(shí)現(xiàn)了刀具固定，工件持續(xù)進(jìn)給的連續(xù)鋸削，有效地減少了加工輔助時(shí)間，提高了加工效率，降低了勞動(dòng)力強(qiáng)度和成本。該專用鋸床已成功應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中，并取得了良好的效益。

[1]馮志君,丁黎光,戴小標(biāo).夾片自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2008(10):50-51.

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[3] 馮金云.氣缸座三面四工位精鏜孔、銑端面組合機(jī)床設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2011(10):81-83.

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Design of special sawing machine tool for clip with sawing process

ZHANG Xiaodong①, LAI Yuhuo②, LI Jian①, LI Xin①，LI Zhimin①，ZHI Kaining①

(①School of Mechanical Engineering, Guangxi University of Science and Technology, Liuzhou 545006,CHN;②Liuzhou Research Institute of CNC Machine Tool, Liuzhou 545007,CHN)

The sawing process of the clips is one of the clips of the key working procedure in the process production, the existing way of sawing process can’t continuous cutting and process efficiency is low. A kind of continuous sawing processing method was proposed by analyzing the structural characteristics and processing technology of the clip. Based on this processing method, a kind of special sawing machine tool for clip with sawing process was designed. Introduces in detail the overall structure and working principle of the special sawing machine tool, and its key technologies were studied. The special sawing machine tool improves the machining efficiency and reduces labor costs and intensity.

clip; special sawing machine tool; continuous sawing; fixture

TH122；TG56

B

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.07.012

張曉東，男，1989年生，碩士研究生，主要研究方向?yàn)閿?shù)控機(jī)床的開(kāi)發(fā)與研究。

(編輯譚弘穎)(2015-11-30)

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