切削床排屑臺的研究及Solid works設計*＊

盧亞平 桂文濤

(①蘇州大學應用技術學院，江蘇蘇州215325;②吉田建材(蘇州)有限公司，江蘇 蘇州215300)

切削是加工型企業所需的主要加工方法，切削產生的廢屑物困擾著企業的環境問題和產品質量。雖然各切削機床都有自己的排屑系統，但在切削過程中往往會在切齒片兩側飛濺產生鋁屑，不可避免的遺留在切屑工作平臺上，影響整個工作環境，甚至劃傷型材型面。由此設計一種可自動排屑的工作平面，在切削機床本身排屑基礎上，進一步提高排屑效率。

以吉田建材YKK(AP)切削床的設備為例，切削對象為門窗、玻璃幕墻所使用的各種鋁型材。切削床設備有自己的吸屑系統，在切削齒片的高速旋轉下，帶動鋁屑進入機床內腔并通過工業吸塵器吸走鋁屑。如圖1所示，吸塵器通過抽風孔抽走掉落下的鋁屑，但是吸塵器在較好的狀態下也只能抽走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。多次切削后鋁屑殘留在工作臺面上，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境，造成嚴重污染［1－2］，如圖 3 所示。

1 工作臺設計

根據現有設備，在不改動設備的情況下，設計一種可自動排屑的切削工作臺，工作臺設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飛濺的鋁屑掉落在三角凹槽中。三角凹槽設計為兩邊對稱布置，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系就有可能導致型材陷落在三角凹槽中。同時三角頂端設計成圓弧形，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

自動排鋁屑設計包括切削縫排屑和切齒片排屑設計，兩者結合有效提高排屑效率。

(1)切削縫排屑設計:鋁屑掉落在三角凹槽中，通過氣壓吹往切削縫中，切削縫設計較以前的縫隙較窄，較窄的切削縫設計能使切削過程中不易飛濺出鋁屑，但是對于已經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運動，帶動碰撞在切齒片上的鋁屑往下掉落。切削縫的詳細設計如圖5所示的正反面，為增大鋁屑在切屑縫掉落的幾率，在切屑縫處設計開鑿缺口［3］。

(2)切齒片排屑設計: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時齒片上的鋁屑被甩出的情況，在切削口正對中間設計添加一氣動噴嘴，噴嘴正對切齒片吹走粘在齒片上的鋁屑，如圖6所示。噴嘴設計在工作臺的下部，噴射方向對應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腔中去。

1.3 氣動回路

設計氣動回路平臺，在內部開槽環形氣路，依靠兩個氣源孔進氣。如圖7所示，并在環形內壁開設兩層均勻分布的氣孔，氣孔分布小于180°。設計的優點可以滿足使工作臺旋轉任何角度的需求。機床切削時的角度是根據切削對象(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，所以往往需要轉動工作臺。為滿足這一需求，設計的氣動排氣孔也是均勻分布在180°以內，工作臺轉動在任何角度都有氣孔對應相應的三角凹槽。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［4］。

2 裝備切削工作臺

工作臺設計由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軟件進行零件圖設計和組裝圖設計，安裝后不影響切削床主要結構，僅僅調高了原有工作臺的高度。開發設計的該排屑工作臺，能夠較廣泛的適用于各種切削機床上，不影響原先的機床，僅稍微影響可加工型材的總高尺寸。因為所設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，可根據不同的機床修改尺寸即可［5］。上的鋁屑，防止高速旋轉再次帶動鋁屑飛出。關于氣動內部回路設計，內部有獨特的環形氣路，不需要氣管，設計兩進氣孔和均勻分布180°的出氣孔，氣路在切削機床工作時正式啟動工作，邊切割邊排氣吹走鋁屑，對于氣壓大小需現場設置。

3 設計總結

采用導圓角三角型平臺，可以起到自動集屑的作用，頂角導圓可以減小摩擦，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

工作臺設計優點是在不需要大幅度修改切削機床的前提下，依靠切削工作臺型設計、切屑縫形狀設計和氣動回路設計3方面完成。切削機床工作時，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入排屑系統當中去。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切削縫中，在切齒片的高速旋轉帶動下排掉鋁屑。同時設計的排屑工作臺配合原先的切削機床工作臺，可根據型材切邊的線性角度可以自由轉動。設計缺點是工作臺三角設計和切削縫設計的形狀有一定的復雜性，但是根據目前國內的加工設備，完全可以實現。

第一作者:盧亞平，男，1982年生，碩士，副教授，機械與工業機器人教研室主任，研究方向為機械設計、機器人。已發表論文8篇，其中核心期刊6篇，EI檢索2篇。