夾片鋸削加工專用鋸床設計

張曉東　賴玉活　李　健　李　新　李志敏　支凱寧

(①廣西科技大學機械工程學院，廣西 柳州545006；②柳州市數控機床研究所，廣西 柳州545007)

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夾片鋸削加工專用鋸床設計

張曉東①賴玉活②李健①李新①李志敏①支凱寧①

(①廣西科技大學機械工程學院，廣西 柳州545006；②柳州市數控機床研究所，廣西 柳州545007)

夾片的鋸削加工是夾片生產過程中的關鍵工序之一，現有的鋸削加工方法存在不能連續鋸削和加工效率低等問題。通過分析夾片的結構特點和加工工藝，提出了一種可連續鋸削的加工方法。以此加工方法為基礎，設計了一種夾片鋸削加工專用鋸床。詳細介紹了該專用鋸床的總體結構及工作原理，并對其關鍵技術進行了研究。該專用鋸床提高了鋸削加工效率，降低了勞動力成本和強度。

夾片；專用鋸床；連續鋸削；夾具

夾片是預應力錨固體系結構中主要的承載力執行部件之一。在各類橋梁、邊坡治理、基坑支護、水電大壩、高層建筑、超重超大構件提升、橋梁轉體等領域的工程施工中, 都會用到大量的錨具和夾片[1]。錨具夾片主要有兩片式、兩片四開式和三片式，兩片式夾片在實際工程中得到了廣泛的應用。

兩片式夾片的鋸削是一道重要的加工工序，傳統的加工方法是將夾片裝夾到帶有一字排開的錐形安裝凹槽的簡易工裝上，利用通用金屬帶鋸床進行鋸削加工，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，不能進行連續鋸削，人工勞動強度較大，輔助加工時間長，加工效率低，且一人一機，勞動力成本高。針對上述情況，結合兩片式夾片的結構特點和工藝要求，設計了一種錨具夾片鋸削加工專用鋸床，以降低人工勞動強度和勞動力成本，提高加工效率，實現一人多機。

1　夾片的結構特點和工藝分析

如圖1所示為兩片式預應力錨具夾片的結構圖。錨具夾片的結構形狀是外輪廓為圓錐臺，內部結構為非標的內螺紋和1:10的內錐面，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過以下工序[1]：下料→擠壓外錐面→鉆內孔、鉸孔→沖字→車小端面、外錐(含槽)、內錐、倒角→攻絲→鋸開→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稱的兩片，鋸削槽寬為1.5 mm(破口)，傳統的鋸削流程為：人工裝夾→帶鋸床鋸條進給鋸削→帶鋸床鋸條退刀→人工卸料，鋸削需要不停地進刀、退刀和卸料，不能夠進行不間斷地鋸削。因此，需要通過更新鋸切設備的結構形式來實現“人工上料→工件自動夾緊定位進給→自動鋸削→自動落料”的連續鋸削工藝。

2　專用鋸床總體方案

2.1專用鋸床總體結構

錨具夾片鋸削專用鋸床作為一種自動化程度較高的專用機床，具有一般加工機床的共性。根據兩片式錨具夾片的結構特點和連續鋸削的工藝要求，設計的夾片鋸削專用鋸床的總體結構圖如圖2所示，主要由底座、主切削裝置、帶鋸條導向裝置、轉盤式進給夾具、冷卻系統及電控箱等組成。這種總體結構布局的主要特點有：其一，主切削裝置只做周轉運動；其二，主切削裝置(主切削運動)與轉盤式進給夾具(進給運動)分別獨立驅動；其三，進給方式為旋轉式自動持續進給。

機床的主切削裝置和轉盤式進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角度α，該角度α大小根據夾片外錐面與軸線夾角大小而定。冷卻系統集成于底座箱體內，使得機床整體結構更加緊湊[3]。

2.2專用鋸床的連續鋸削過程

夾片連續鋸削過程如圖3所示，機床啟動，主切削裝置中的主軸轉動帶動帶鋸條直線運動，人工將夾片不斷地放置到轉盤式進給夾具的錐形凹槽內，夾片跟隨轉盤式進給夾具旋轉進入到鋸削位置，并與帶鋸條接觸，帶鋸條刀刃對夾片有一個主切削力(方向與主切削運動方向一致)的作用，且錐形配合具有自鎖功能，夾片被夾緊進行鋸削，鋸削完成后的夾片繼續跟隨轉盤式進給夾具旋轉，在夾片重力的作用下自動落料，完成鋸削過程。此過程刀具(帶鋸條)固定切削運動 ，工件進給切削，保證了連續切削的要求。

3　設計中的關鍵技術

3.1主切削裝置的設計

主切削裝置是夾片鋸削專用鋸床的核心功能部件之一，主要完成對工件的主切削運動。如圖4所示，主切削裝置主要包括鋸架、電動機、減速機、主動鋸輪、帶鋸條、從動輪和帶鋸條張緊機構[4]。

電動機是主切削運動的動力源，動力通過蝸輪蝸桿減速機傳遞到主動鋸輪，電動機和減速機采用直聯的方式，空心輸出軸的減速機和主動鋸輪通過階梯軸相連，動力傳遞效率高。帶鋸條是主切削裝置的刀具，其切削運動通過帶鋸輪的旋轉帶動而實現，根據被加工工件的結構特點、材料屬性和文獻[5]推薦，刀具選擇雙金屬帶鋸條，規格為27 mm×0.9 mm-5/8Rt,在鋸削夾片時帶鋸條鋸切速度為Vs=70 m/min。鋸架是整個主切削裝置的支承機構，由優質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，工作前需要對帶鋸條進行預張緊，該功能通過張緊機構來實現[4]。

3.2轉盤式進給夾具的設計

進給運動是機床的基本運動之一，對機床的加工質量及生產效率有直接的影響[6]。夾具是用于實現工件的準確定位、夾緊、刀具導向以及裝卸工件時的限位作用的[7]。傳統的普通金屬帶鋸床是采用手動式或液壓式類虎鉗機構夾緊定位工件，工件不動，液壓油缸加導向立柱驅動安裝有金屬帶鋸條的鋸架直線進給，進給方式為液壓無級調速。這種夾緊定位進給方式需要不停地夾緊定位、進刀、退刀和卸料，效率低，不能滿足不間斷切削的工藝要求。

轉盤式進給夾具是夾片鋸削專用鋸床的重要組成部件，不僅承擔著工件的定位功能，而且可以完成工件的進給運動。如圖5所示為夾片鋸削專用鋸床轉盤式進給夾具的結構圖，它主要由主動轉盤式進給夾具總成、被動轉盤式進給夾具總成和安裝座三大部分組成。雙級蝸輪蝸桿減速機選用空心輸出軸的結構形式，主動半軸安裝于減速機空心軸內，并與主動轉盤體通過螺釘連接組成主動轉盤式進給夾具總成；被動轉盤式進給夾具總成采用懸臂式結構，被動半軸軸頭端通過成對圓錐滾子軸承固定在軸承座上，被動轉盤體與被動半軸法蘭端由螺釘固聯。主動轉盤體和被動轉盤體的軸線在同一條直線上，且兩轉盤體相對端面之間留有間隙，主切削裝置中的帶鋸條從該間隙穿過。兩轉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，由電動機傳動到主動半軸的動力經工件傳遞到被動半軸，從而形成了一個完備的動力傳動鏈，同時實現了工件的定位夾緊和進給[8-10]。

4　結語

設計了一種用于錨具夾片鋸削加工工序的專用機床，該機床主切削裝置帶動刀具(帶鋸條)旋轉，被夾緊定位的工件跟隨轉盤式進給夾具連續進給鋸削，實現了刀具固定，工件持續進給的連續鋸削，有效地減少了加工輔助時間，提高了加工效率，降低了勞動力強度和成本。該專用鋸床已成功應用于生產實踐中，并取得了良好的效益。

[1]馮志君,丁黎光,戴小標.夾片自動上料機構設計[J].機械設計與制造,2008(10):50-51.

[2] 潘秀秀,楊屹,楊剛,等.工作夾片的鍛造工藝數值模擬分析[J].鍛壓技術,2015,40(3):11-15.

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

[4] 韓斌.金屬切削帶鋸床設計的若干問題研究[D].杭州：浙江工業大學,2012.

[5] 潘伯松,梁利華,張元祥，等.金屬切削帶鋸床設計理論與方法[M].北京:清華大學出版社,2013.

[6] 羅靜,趙勇,龔文均，等.摩托車曲軸箱孔系鉆鉸多面加工專用機床設計[J].機床與液壓,2014(42)2:14-16.

[7] 閆海鵬,王建國,肖楠.加工中心床頭箱箱體雙面鏜孔組合機床設計[J].組合機床與自動化加工技術,2015(1):138-141.

[8] 王啟平.機床夾具設計[M].哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社,1996.

[9] 機械設計手冊委員會.機械設計手冊[M].北京:機械工業出版社,1991.

[10] 吳小邦.機床夾具結構設計及方案構思原則[J].制造技術與機床,2012(6):138-142.

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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，主要研究方向為數控機床的開發與研究。

(編輯譚弘穎)(2015-11-30)

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