何 瑋（蘭州交通大學(xué) 藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

無機(jī)保溫材料的六面全自動(dòng)切削加工

何 瑋（蘭州交通大學(xué) 藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

伴隨社會(huì)發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，針對(duì)目前保溫包裝材料切削加工中現(xiàn)有的加工工序存在的繁瑣和不足，進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)與改進(jìn)。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的新型機(jī)床能夠全自動(dòng)、快速實(shí)現(xiàn)立方體工件六個(gè)表面的切削加工，以滿足機(jī)械加工需求。文章同時(shí)重點(diǎn)闡述了該切削機(jī)床的核心機(jī)構(gòu)—自動(dòng)翻轉(zhuǎn)裝置的工作原理，可推廣用于類似機(jī)床的設(shè)計(jì)。

無機(jī)保溫材料；立方體工件；切削加工；翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

1 背 景

墻體保溫材料包括有機(jī)類、復(fù)合材料、保溫防裂材料和無機(jī)類。有機(jī)類主要有苯板、聚苯板、擠塑板、聚苯乙烯泡沫板、硬質(zhì)泡沫聚氨酯、聚碳酸酯及酚醛等； 復(fù)合材料類包括有金屬夾芯板、芯材為聚苯、玻化微珠、聚苯顆粒等；保溫防裂材料主要有電焊網(wǎng)、熱鍍鋅鋼絲網(wǎng)、網(wǎng)格布等；無機(jī)類主要有珍珠巖水泥板、泡沫水泥板、復(fù)合硅酸鹽、巖棉、蒸壓砂加氣混凝土砌塊、傳統(tǒng)保溫砂漿等。

無機(jī)保溫材料中混凝土砌塊是以硅質(zhì)材料（砂、粉煤灰及含硅尾礦等）和鈣質(zhì)材料（石灰、水泥）為主要原料，摻加發(fā)氣劑（鋁粉），經(jīng)加水?dāng)嚢?，由化學(xué)反應(yīng)形成孔隙，通過澆注成型、切割、蒸壓養(yǎng)護(hù)等工藝過程制成的多孔硅酸鹽制品。材料中含有大量的空氣，也稱為加氣磚、加氣塊。由于混凝土砌塊中間的氣孔使得物質(zhì)密度變得很小，可漂浮在水面上，又稱為輕質(zhì)磚、泡沫磚、輕質(zhì)隔墻磚；材料有效吸收、阻擋聲音，亦稱為隔音磚、隔聲磚。材料具有良好的隔熱保溫防火性能，也稱作隔熱磚、保溫磚、防火磚、節(jié)能磚[1]。傳統(tǒng)無機(jī)保溫材料的防火等級(jí)為A級(jí)。

目前，對(duì)于混凝土砌塊這種多孔、較脆的立方體工件的六個(gè)表面切削加工，現(xiàn)有的加工工序一般是先加工四個(gè)側(cè)面：將工件放在手推小車上，向前推動(dòng)小車，小車兩邊的轉(zhuǎn)動(dòng)鋸片銑刀就會(huì)切去工件兩側(cè)多余的材料；手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)工件90o后，切削其余兩側(cè)面；加工完四個(gè)側(cè)面后，將工件平放，推動(dòng)小車前進(jìn)，分別加工上下兩個(gè)表面；最后還要用滾刀銑削加工表面。六個(gè)表面切削加工后的混凝土砌塊確保表面足夠平整（如圖1所示）。

上述傳統(tǒng)的加工機(jī)床每道工序最多只能加工兩個(gè)表面，各工序間都需要人工手動(dòng)操作，危險(xiǎn)系數(shù)高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低下，工件定位精度較難保證；并且防塵效果差，環(huán)境污染嚴(yán)重，對(duì)工作人員身體健康造成損害。

圖1 混凝土砌塊

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 切削機(jī)床的工作流程

切削機(jī)床的工作流程（如圖2所示），當(dāng)工件放到小車上時(shí)，通過檢測(cè)裝置檢測(cè)到工件，電動(dòng)機(jī)通過鏈傳動(dòng)帶動(dòng)小車前行，前進(jìn)過程中碰到夾緊裝置，沿軌道方向自動(dòng)夾緊[2]。由電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)帶動(dòng)盤銑刀粗銑工件的上表面，小車?yán)^續(xù)前進(jìn)，機(jī)架兩側(cè)的鋸片加工兩個(gè)側(cè)面，之后，再用滾刀精銑上表面，在此過程中小車一直勻速運(yùn)動(dòng)，加工完成后運(yùn)動(dòng)到一定位置時(shí)，通過檢測(cè)，小車停止，通過翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，將工件夾緊并翻轉(zhuǎn)180o，此時(shí)小車沿與原路線成90o的方向運(yùn)動(dòng)，加工下底面及左右兩側(cè)面，加工方法與前面加工過程類似，只是根據(jù)工件尺寸機(jī)床外形尺寸也有所改變[3]。同時(shí)在機(jī)架的底部?jī)蓚?cè)設(shè)計(jì)了排料裝置，將廢料自動(dòng)收集排出，有效減少了人力和物力，提高了生產(chǎn)效率。

圖2 切削機(jī)床的工作流程圖

2.2 整體方案設(shè)計(jì)

立方體工件六面全自動(dòng)切削機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 立方體工件六面全自動(dòng)切削機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖

針對(duì)傳統(tǒng)加工機(jī)器進(jìn)行改良，設(shè)計(jì)出一種立方體工件六面全自動(dòng)切削機(jī)床，根據(jù)流水線前后順序依次裝備上游切削裝置、翻轉(zhuǎn)裝置以及下游切削裝置。上游切削裝置及下游切削裝置包括用于夾緊立方體工件的切削夾持機(jī)構(gòu)和用于切削立方體工件上表面及兩個(gè)相對(duì)側(cè)面的切削機(jī)構(gòu)；翻轉(zhuǎn)裝置包括用于夾緊工件的翻轉(zhuǎn)夾持機(jī)構(gòu)，以及用于將立方體工件翻轉(zhuǎn)180o的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。立方體工件經(jīng)過上游切削裝置切削上表面及兩個(gè)相對(duì)側(cè)面、經(jīng)翻轉(zhuǎn)裝置翻轉(zhuǎn)180o后，輸送至下游切削裝置，切削下表面及兩相對(duì)側(cè)面。

下游切削裝置和上游切削裝置位置呈垂直布置，其切削機(jī)構(gòu)包括用于銑削工件頂面的銑削裝置以及鋸削工件兩相對(duì)側(cè)面的鋸削裝置。

工件夾緊機(jī)構(gòu)，包括主動(dòng)絲杠、主動(dòng)絲杠與移動(dòng)軸和主動(dòng)轉(zhuǎn)軸平行設(shè)置；連接板與主動(dòng)絲杠配合的螺母固定連接，與移動(dòng)軸軸承連接；主動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)固定連接于螺母上的連接板移動(dòng)，帶動(dòng)移動(dòng)軸軸向移動(dòng)，固定連接于移動(dòng)軸上的左夾持板或右夾持板隨之移動(dòng)，左右夾持板之間的距離增大或縮小實(shí)現(xiàn)工件的松開或夾緊。

翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)轉(zhuǎn)軸以及移動(dòng)軸，主動(dòng)轉(zhuǎn)軸連接電機(jī)帶動(dòng)移動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，固定連接于主動(dòng)轉(zhuǎn)軸以及移動(dòng)軸上的左夾持板與右夾持板隨之轉(zhuǎn)動(dòng)[4]。

2.3 翻轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì)

翻轉(zhuǎn)夾持機(jī)構(gòu)包括用于夾持工件的左夾持板及右夾持板，分別固定連接于移動(dòng)軸和主動(dòng)轉(zhuǎn)軸之一上，其板面平行設(shè)置；移動(dòng)軸與主動(dòng)轉(zhuǎn)軸同軸設(shè)置，且移動(dòng)軸相對(duì)主動(dòng)轉(zhuǎn)軸可軸向移動(dòng)而不相互轉(zhuǎn)動(dòng)的連接（如圖4所示）。

圖4 翻轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

自動(dòng)翻轉(zhuǎn)裝置包括基座、翻轉(zhuǎn)體和夾持體：(1)基座，用來連接其它機(jī)構(gòu)，支撐和固定翻轉(zhuǎn)體、夾持體；(2)夾持體，實(shí)現(xiàn)夾緊工件，為翻轉(zhuǎn)做好準(zhǔn)備；(3)翻轉(zhuǎn)體，實(shí)現(xiàn)工件的有效翻轉(zhuǎn)[5,6]。

3 結(jié) 語

混凝土砌塊既保護(hù)土地資源和生態(tài)環(huán)境，節(jié)約能源，又促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?？梢杂行У販p輕建筑物的自重，減少基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)投入，非常適合各類工業(yè)與民用建筑中的框架結(jié)構(gòu)；其保溫隔熱效果與49cm的實(shí)心磚墻相當(dāng)，冬暖夏涼，大大改善居住條件，節(jié)約能源，并且增加了建筑物的使用面積；具有良好的隔音效果，依其厚度不同可隔音40-50分貝，同時(shí)也是一種良好的吸音材料。全自動(dòng)切削加工可以實(shí)現(xiàn)對(duì)保溫隔熱材料的切削加工制作的自動(dòng)化、簡(jiǎn)單化和流水線化，明顯縮短保溫材料的切削加工時(shí)間，提高切削效率，并降低保溫隔熱材料的加工制作成本。對(duì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展、倡導(dǎo)低碳生活和提升我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有積極的促進(jìn)作用。

[1]http://www.yczx.tv/l.

[2]一道工序可對(duì)工件進(jìn)行全面加工[J].現(xiàn)代制造,2010(39)：58.

[3]宋聯(lián)美,徐素莉,賈利曉. 農(nóng)用車總裝線翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)[J]. 洛陽理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,18(1)01:50-52.

[4]孫奇,趙波,李德偉等.通用抽油機(jī)專用翻轉(zhuǎn)機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].焊接,2004,48(11):45-46.

[5]濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)[M]. 北京: 高等教育出版社,2002.

[6]張寶東,馮如意, 劉廷輝.一種90o正弦槽輪翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2013(2)：114-115.

Automatic cutting machine tools on six sides of inorganic thermal insulation materials

Along with the development of society and the advance of technology, aiming at the complexity and deficiency of the existing machining procedures of current thermal insulating packing materials, the integrated design and improvement of the processing technology were described in this paper. The optimized design of new machine tool could accomplish the machining of six workpiece surfaces of cube automatically and quickly to meet the requirements of machining operations. In this paper, we focus on the automatic cutting machine turn-over mechanism and elaborate the design process and working theory.

inorganic thermal insulation materials；cubic work pieces；cutting process；turn-over mechanics

TG75

：B

：1003-8965（2017）02-0015-02

甘肅省科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2011GS04081)