盧亞平 桂文濤

(①蘇州大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，江蘇蘇州215325;②吉田建材(蘇州)有限公司，江蘇 蘇州215300)

切削是加工型企業(yè)所需的主要加工方法，切削產(chǎn)生的廢屑物困擾著企業(yè)的環(huán)境問題和產(chǎn)品質(zhì)量。雖然各切削機(jī)床都有自己的排屑系統(tǒng)，但在切削過程中往往會在切齒片兩側(cè)飛濺產(chǎn)生鋁屑，不可避免的遺留在切屑工作平臺上，影響整個工作環(huán)境，甚至劃傷型材型面。由此設(shè)計一種可自動排屑的工作平面，在切削機(jī)床本身排屑基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高排屑效率。

以吉田建材YKK(AP)切削床的設(shè)備為例，切削對象為門窗、玻璃幕墻所使用的各種鋁型材。切削床設(shè)備有自己的吸屑系統(tǒng)，在切削齒片的高速旋轉(zhuǎn)下，帶動鋁屑進(jìn)入機(jī)床內(nèi)腔并通過工業(yè)吸塵器吸走鋁屑。如圖1所示，吸塵器通過抽風(fēng)孔抽走掉落下的鋁屑，但是吸塵器在較好的狀態(tài)下也只能抽走80%的鋁屑，且多年使用后吸屑效果明顯下降，以致更多鋁屑在切削過程中從兩側(cè)飛濺在工作臺上，或高溫后粘貼在鋸齒片上再次被甩回到工作臺面上。如圖2所示。多次切削后鋁屑?xì)埩粼诠ぷ髋_面上，工作人員使用氣槍吹走鋁屑，避免型材表面刮傷或粘在型材表面被帶走等一系列問題。但是吹走的鋁屑又會再次破壞整個工作環(huán)境，造成嚴(yán)重污染［1－2］，如圖 3 所示。

1 工作臺設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備，在不改動設(shè)備的情況下，設(shè)計一種可自動排屑的切削工作臺，工作臺設(shè)計考慮有自動收集鋁屑、自動排鋁屑和氣動回路3個方面。

1.1 自動集屑

針對上述問題，設(shè)計有三角(銳角)形式的工作臺面，具有較好的落屑效果。見圖4所示，切削過程中切齒片兩側(cè)飛濺的鋁屑掉落在三角凹槽中。三角凹槽設(shè)計為兩邊對稱布置，以中間鋸齒縫為對稱中心。三角凹槽傾斜布置主要是為了方便型材的推動，如果與型材的運動方向成平行關(guān)系就有可能導(dǎo)致型材陷落在三角凹槽中。同時三角頂端設(shè)計成圓弧形，避免工人在推送型材過程中刮傷表面，并且圓弧設(shè)計還可以起到潤滑的作用，能較輕松的推送型材切割。

1.2 自動排鋁屑

自動排鋁屑設(shè)計包括切削縫排屑和切齒片排屑設(shè)計，兩者結(jié)合有效提高排屑效率。

(1)切削縫排屑設(shè)計:鋁屑掉落在三角凹槽中，通過氣壓吹往切削縫中，切削縫設(shè)計較以前的縫隙較窄，較窄的切削縫設(shè)計能使切削過程中不易飛濺出鋁屑，但是對于已經(jīng)飛濺在三角凹槽里的鋁屑較難吹落到切削縫中去。由此在每個三角凹槽的切削縫邊緣開設(shè)獨特缺口，增大鋁屑掉落的幾率。同時依靠切齒片的高速旋轉(zhuǎn)運動，帶動碰撞在切齒片上的鋁屑往下掉落。切削縫的詳細(xì)設(shè)計如圖5所示的正反面，為增大鋁屑在切屑縫掉落的幾率，在切屑縫處設(shè)計開鑿缺口［3］。

(2)切齒片排屑設(shè)計:在切削過程中，往往有部分鋁屑在高溫切削時粘在切齒片上，并在切齒片第二次切削時掉落在工作臺或型材上。由此為消除齒片在高速旋轉(zhuǎn)時齒片上的鋁屑被甩出的情況，在切削口正對中間設(shè)計添加一氣動噴嘴，噴嘴正對切齒片吹走粘在齒片上的鋁屑，如圖6所示。噴嘴設(shè)計在工作臺的下部，噴射方向?qū)?yīng)切齒片的下半部分齒，以防鋁屑從切屑縫中被噴出，使粘在齒片上的鋁屑被噴射在切削床內(nèi)腔中去。

1.3 氣動回路

設(shè)計氣動回路平臺，在內(nèi)部開槽環(huán)形氣路，依靠兩個氣源孔進(jìn)氣。如圖7所示，并在環(huán)形內(nèi)壁開設(shè)兩層均勻分布的氣孔，氣孔分布小于180°。設(shè)計的優(yōu)點可以滿足使工作臺旋轉(zhuǎn)任何角度的需求。機(jī)床切削時的角度是根據(jù)切削對象(型材)的要求而確定的，有的型材要求切線是垂直的，有的型材要求切線是傾斜的，所以往往需要轉(zhuǎn)動工作臺。為滿足這一需求，設(shè)計的氣動排氣孔也是均勻分布在180°以內(nèi)，工作臺轉(zhuǎn)動在任何角度都有氣孔對應(yīng)相應(yīng)的三角凹槽。如圖8所示，保證每個三角凹槽都有1個以上的排氣孔對應(yīng)［4］。

2 裝備切削工作臺

工作臺設(shè)計由3個部分組成，包括三角凹槽平臺、拖屑切縫平臺和氣動回路平臺。三角凹槽平臺設(shè)計成兩邊對稱成45°扇形的形狀，該三角凹槽安裝在拖屑切縫平臺上，最后依靠氣動回路平臺上的氣孔吹走鋁屑。工作臺爆炸圖如圖9所示。工作臺設(shè)計完成后可直接安裝在切削床的工作臺上，如圖10所示。模仿吉田建材YKK(AP)切削床的尺寸，使用SolidWorks軟件進(jìn)行零件圖設(shè)計和組裝圖設(shè)計，安裝后不影響切削床主要結(jié)構(gòu)，僅僅調(diào)高了原有工作臺的高度。開發(fā)設(shè)計的該排屑工作臺，能夠較廣泛的適用于各種切削機(jī)床上，不影響原先的機(jī)床，僅稍微影響可加工型材的總高尺寸。因為所設(shè)計的排屑工作臺直接安裝在原先的工作平臺上，安裝方便簡潔，可根據(jù)不同的機(jī)床修改尺寸即可［5］。上的鋁屑，防止高速旋轉(zhuǎn)再次帶動鋁屑飛出。關(guān)于氣動內(nèi)部回路設(shè)計，內(nèi)部有獨特的環(huán)形氣路，不需要氣管，設(shè)計兩進(jìn)氣孔和均勻分布180°的出氣孔，氣路在切削機(jī)床工作時正式啟動工作，邊切割邊排氣吹走鋁屑，對于氣壓大小需現(xiàn)場設(shè)置。

3 設(shè)計總結(jié)

采用導(dǎo)圓角三角型平臺，可以起到自動集屑的作用，頂角導(dǎo)圓可以減小摩擦，減少鋁材表面劃傷。三角槽中的鋁屑依靠氣壓吹動排屑到切削縫，在切削縫處開鑿獨特缺口，并依靠切齒片的高速旋轉(zhuǎn)帶動下排掉鋁屑。同時依靠正對切齒片的氣口排除粘貼在切齒片

工作臺設(shè)計優(yōu)點是在不需要大幅度修改切削機(jī)床的前提下，依靠切削工作臺型設(shè)計、切屑縫形狀設(shè)計和氣動回路設(shè)計3方面完成。切削機(jī)床工作時，一方面可以在鋁屑飛濺在工作臺之前就讓鋁屑較高效率的進(jìn)入排屑系統(tǒng)當(dāng)中去。另一方面殘留飛濺在工作臺三角凹槽上的鋁屑依靠氣動吹進(jìn)切削縫中，在切齒片的高速旋轉(zhuǎn)帶動下排掉鋁屑。同時設(shè)計的排屑工作臺配合原先的切削機(jī)床工作臺，可根據(jù)型材切邊的線性角度可以自由轉(zhuǎn)動。設(shè)計缺點是工作臺三角設(shè)計和切削縫設(shè)計的形狀有一定的復(fù)雜性，但是根據(jù)目前國內(nèi)的加工設(shè)備，完全可以實現(xiàn)。

第一作者:盧亞平，男，1982年生，碩士，副教授，機(jī)械與工業(yè)機(jī)器人教研室主任，研究方向為機(jī)械設(shè)計、機(jī)器人。已發(fā)表論文8篇，其中核心期刊6篇，EI檢索2篇。