防刺穿鋼鞋襯底加工工藝及專用床身設計

張 良

（江陰職業技術學院 機電工程系，無錫 214405）

1 技術背景

防護鞋分為安全防護鞋和勞保防護鞋。防刺穿防護鞋是安全防護鞋的一個種類，用于保護足底，防止足底被各種尖硬物件刺傷。高規格的防刺穿防護鞋先在鞋底加入一層鋼板襯底，然后采用聚氨酯材料注模成型。

防刺穿防護鞋的鞋底加入了一層防刺穿用的鋼板，其襯底圖樣如圖1所示。鋼板的形狀與鞋底相同，尺寸略小于鞋底。該防護鞋鋼鞋底的加工，長期以來都是使用中高速線切割或沖床一次加工成型。但是，中高速線切割的加工速度慢，影響生產效率。沖床一次加工成型的加工效率雖高，但是還需要對沖料的邊緣進行修毛邊、倒角等二次加工處理，綜合效率仍有待提高。近年來，隨著激光加工機床的普及，越來越多的企業開始使用激光切割設備來加工鋼鞋底，并選用吸盤式機器人進行下料轉移和收納方面的操作。該加工流程同時采用了激光切割和專用機器人設備，雖然生產效率高，但是前期投入成本很高，影響了該加工流程的普及和推廣[1]。在計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）上畫出鋼鞋襯底的1:1圖紙，然后用ProNest將畫出的dwg文件處理生成相應的單切程序，再把這些單切程序通過和數控切割機配套使用的ProNest軟件在固定規格的鋼板上排列起來生成數切程序，并拷入數控切割機進行自動化切割。ProNest套料圖和模擬切割路徑分別如圖2和圖3所示。

圖1 防刺穿鋼鞋襯底圖樣

圖2 ProNest套料圖

圖3 ProNest模擬切割路徑

2 鋼鞋襯底的套料工藝分析

套料是一種在有限的材料上盡可能多地使用材料，以提高材料利用率，減少廢料的一種加工方法。鋼鞋襯底采用計算機軟件（如ProNest 2017）進行套料的生產。它先

根據ProNest套料分析，可擬定加工方案為激光切割加工。通過生產類型、生產計劃、加工節拍以及各類加工手段的設備成本等數據，分析單個零件的綜合加工成本，從而達到高效低耗的生產目的。

3 專用機床方案設計

專用機床設計方案有兩種：方案一是從零開始設計激光切割機床的各部分結構，以滿足鋼鞋襯底的下料加工、工序間零件轉移和收納等要求；方案二是鋼鞋底的下料加工采用常規的激光切割單元，僅針對鋼鞋底的工序間零件轉移和收納等要求設計專用床身。其中，方案二需要核算成本做進一步分析。

兩種方案針對機床上料、加工和下料的床身結構設計，主要設計上、下料工序的工裝，一般情況下不考慮加工時的夾具。

4 床身設計

4.1 承托型激光切割機床身設計

現階段市售的激光切割機床均為固定床身，床身上固定有若干橫梁，橫梁上安裝有可以拆卸的鋼條，被加工原材料放置于鋼條上由激光頭切割[2]，如圖4所示。切割完成的部分由下料機構整理后轉移至下一道工序等待后續加工。

圖4 承托型激光切割機床身設計

本設計擬從床身底部下料，即在本工序加工完成的零件需要通過床身往下轉移，因此需要鋼條部分能夠移動或轉動，并露出足夠的空隙使零件落下。

普通激光切割機的床身臺面呈長方形，內有若干一字形鋼做成的橫梁。橫梁上每間隔3 cm左右開有若干槽口，槽口中安裝有鋼條，鋼條向上加工成鋸齒狀。鋼條之間的間隔有利于加工后的廢料落下，向上的鋸齒狀鋼條和加工板材之間的接觸為點接觸，避免了加工時激光對板材承接結構的過度破壞[3-4]。由于單面向上的鋸齒狀鋼條可更換，若長時間加工后鋸齒受到激光加工破壞而影響板材襯托，因此可以根據需要隨時更換承托鋼條。

4.2 傳輸型激光切割機床身設計

板材加工后，切割成型的鋼鞋襯底向下掉落。床身下方設置有傳送帶，鋼鞋襯底由傳送帶送至下一個工位進行下一道工序的加工。基于這個思路，可以將與床身和被加工板材直接接觸的承托鋼條的長度設計成12.5 cm，如圖5所示。一般在類似加工的流水線設計中，下料環節由吸盤式機械手完成[5-6]。

圖5 承托型激光切割機床身設計

5 結語

特殊用途的高等級安全鞋的鋼鞋襯底的生產，目前市場尚無專用設備的文獻探討。本設計采用模塊化設計，通過分析鋼鞋襯底的套料工藝，設計了兩種類型的激光切割機床身。設計方案巧妙，具有一定創新價值，已用于企業生產，并取得了顯著的經濟效益。