切削床排屑臺(tái)的研究及Solid works設(shè)計(jì)*＊

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(wèn)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(guò)程中往往會(huì)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(tái)上，影響整個(gè)工作環(huán)境，甚至劃傷型材型面。由此設(shè)計(jì)一種可自動(dòng)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(duì)象為門(mén)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(dòng)鋁屑進(jìn)入機(jī)床內(nèi)腔并通過(guò)工業(yè)吸塵器吸走鋁屑。如圖1所示，吸塵器通過(guò)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(guò)程中從兩側(cè)飛濺在工作臺(tái)上，或高溫后粘貼在鋸齒片上再次被甩回到工作臺(tái)面上。如圖2所示。多次切削后鋁屑?xì)埩粼诠ぷ髋_(tái)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(wèn)題。但是吹走的鋁屑又會(huì)再次破壞整個(gè)工作環(huán)境，造成嚴(yán)重污染［1－2］，如圖 3 所示。

1 工作臺(tái)設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備，在不改動(dòng)設(shè)備的情況下，設(shè)計(jì)一種可自動(dòng)排屑的切削工作臺(tái)，工作臺(tái)設(shè)計(jì)考慮有自動(dòng)收集鋁屑、自動(dòng)排鋁屑和氣動(dòng)回路3個(gè)方面。

1.1 自動(dòng)集屑

針對(duì)上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)有三角(銳角)形式的工作臺(tái)面，具有較好的落屑效果。見(jiàn)圖4所示，切削過(guò)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(jì)為兩邊對(duì)稱布置，以中間鋸齒縫為對(duì)稱中心。三角凹槽傾斜布置主要是為了方便型材的推動(dòng)，如果與型材的運(yùn)動(dòng)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(shí)三角頂端設(shè)計(jì)成圓弧形，避免工人在推送型材過(guò)程中刮傷表面，并且圓弧設(shè)計(jì)還可以起到潤(rùn)滑的作用，能較輕松的推送型材切割。

1.2 自動(dòng)排鋁屑

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

(1)切削縫排屑設(shè)計(jì):鋁屑掉落在三角凹槽中，通過(guò)氣壓吹往切削縫中，切削縫設(shè)計(jì)較以前的縫隙較窄，較窄的切削縫設(shè)計(jì)能使切削過(guò)程中不易飛濺出鋁屑，但是對(duì)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(gè)三角凹槽的切削縫邊緣開(kāi)設(shè)獨(dú)特缺口，增大鋁屑掉落的幾率。同時(shí)依靠切齒片的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)碰撞在切齒片上的鋁屑往下掉落。切削縫的詳細(xì)設(shè)計(jì)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(jì)開(kāi)鑿缺口［3］。

(2)切齒片排屑設(shè)計(jì):在切削過(guò)程中，往往有部分鋁屑在高溫切削時(shí)粘在切齒片上，并在切齒片第二次切削時(shí)掉落在工作臺(tái)或型材上。由此為消除齒片在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)齒片上的鋁屑被甩出的情況，在切削口正對(duì)中間設(shè)計(jì)添加一氣動(dòng)噴嘴，噴嘴正對(duì)切齒片吹走粘在齒片上的鋁屑，如圖6所示。噴嘴設(shè)計(jì)在工作臺(tái)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(dòng)回路

設(shè)計(jì)氣動(dòng)回路平臺(tái)，在內(nèi)部開(kāi)槽環(huán)形氣路，依靠?jī)蓚€(gè)氣源孔進(jìn)氣。如圖7所示，并在環(huán)形內(nèi)壁開(kāi)設(shè)兩層均勻分布的氣孔，氣孔分布小于180°。設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)可以滿足使工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)任何角度的需求。機(jī)床切削時(shí)的角度是根據(jù)切削對(duì)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(dòng)工作臺(tái)。為滿足這一需求，設(shè)計(jì)的氣動(dòng)排氣孔也是均勻分布在180°以內(nèi)，工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)在任何角度都有氣孔對(duì)應(yīng)相應(yīng)的三角凹槽。如圖8所示，保證每個(gè)三角凹槽都有1個(gè)以上的排氣孔對(duì)應(yīng)［4］。

2 裝備切削工作臺(tái)

工作臺(tái)設(shè)計(jì)由3個(gè)部分組成，包括三角凹槽平臺(tái)、拖屑切縫平臺(tái)和氣動(dòng)回路平臺(tái)。三角凹槽平臺(tái)設(shè)計(jì)成兩邊對(duì)稱成45°扇形的形狀，該三角凹槽安裝在拖屑切縫平臺(tái)上，最后依靠氣動(dòng)回路平臺(tái)上的氣孔吹走鋁屑。工作臺(tái)爆炸圖如圖9所示。工作臺(tái)設(shè)計(jì)完成后可直接安裝在切削床的工作臺(tái)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(jì)和組裝圖設(shè)計(jì)，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(tái)的高度。開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的該排屑工作臺(tái)，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?yàn)樗O(shè)計(jì)的排屑工作臺(tái)直接安裝在原先的工作平臺(tái)上，安裝方便簡(jiǎn)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(dòng)鋁屑飛出。關(guān)于氣動(dòng)內(nèi)部回路設(shè)計(jì)，內(nèi)部有獨(dú)特的環(huán)形氣路，不需要?dú)夤?，設(shè)計(jì)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(shí)正式啟動(dòng)工作，邊切割邊排氣吹走鋁屑，對(duì)于氣壓大小需現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置。

3 設(shè)計(jì)總結(jié)

采用導(dǎo)圓角三角型平臺(tái)，可以起到自動(dòng)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(dòng)排屑到切削縫，在切削縫處開(kāi)鑿獨(dú)特缺口，并依靠切齒片的高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下排掉鋁屑。同時(shí)依靠正對(duì)切齒片的氣口排除粘貼在切齒片

工作臺(tái)設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)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(tái)型設(shè)計(jì)、切屑縫形狀設(shè)計(jì)和氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)3方面完成。切削機(jī)床工作時(shí)，一方面可以在鋁屑飛濺在工作臺(tái)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(tái)三角凹槽上的鋁屑依靠氣動(dòng)吹進(jìn)切削縫中，在切齒片的高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下排掉鋁屑。同時(shí)設(shè)計(jì)的排屑工作臺(tái)配合原先的切削機(jī)床工作臺(tái)，可根據(jù)型材切邊的線性角度可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)計(jì)缺點(diǎn)是工作臺(tái)三角設(shè)計(jì)和切削縫設(shè)計(jì)的形狀有一定的復(fù)雜性，但是根據(jù)目前國(guó)內(nèi)的加工設(shè)備，完全可以實(shí)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?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)、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。