金屬鋸床用高精度自動定尺裝置設計

王志藝　何海崗　楊銀初

摘要：設計了一種高精度自動定尺裝置，其精度高，減少了工人操作，提高了產品的長度合格率，降低了產品長度不穩定性，達到客戶要求的同時還提高了生產效率，取得了較好的經濟效益。

關鍵詞：金屬鋸床;高精度;自動定尺;設計

0 引言

隨著社會進步與發展，鋁型材在社會生活的各個領域中應用得越來越廣泛[1]。型材截面向著異型化、大型化等方向發展，對后續深加工的尺寸精度、外觀要求也越來越高。在鋁型材生產過程中，需要根據用戶的要求，將鋁型材切割成一定的長度，便于運輸和使用。一般情況下，用戶對長度以及公差有明確的要求，如果在切割過程中長度控制不好，將出現很多廢材，日積月累，將給生產廠家帶來不小的損失。因此，如何在生產過程中精確控制切割的長度就顯得非常重要。

以往的鋁型材定尺裝置基本都是人工測量定尺長度，定尺精度低、工人操作不方便等，均會造成產品質量不穩定、生產效率低等問題。另外，隨著工業鋁型材對定尺精度要求進一步提高，對各類產品的精度要求也越來越高，研發一種自動化程度高、定尺精度高、工人操作方便、質量可靠的定尺裝置顯得尤為必要[2]。

1 金屬鋸床的定尺裝置

1.1 ? ?金屬鋸床簡介

隨著現代裝備制造業朝著經濟、高效和高精度的方向發展，金屬鋸切作為金切加工的起點，已成為零件加工過程中的重要環節。金屬鋸床是一種常見的金屬件加工設備，是以圓鋸片、鋸帶或鋸條等為刀具，鋸切金屬圓料、方料、管料和型材等的設備。金屬鋸床主要有立式和臥式兩種。立式帶鋸床的鋸架垂直設置，切割時工件移動，用以切割板料和成型零件的曲線輪廓，還可把鋸帶換成銼鏈或砂帶，進行修銼或打磨。臥式帶鋸床的鋸架水平或傾斜布置，沿垂直方向或繞一支點擺動的方向進給，以保持鋸齒與工件垂直。

金屬鋸床鋸切材料有很多優點：第一，金屬鋸床可設計自動化送料、下料、測量、出料，大大減少了人工成本的支出;第二，金屬鋸床加工精度高，具有穩定的加工質量;第三，金屬鋸床可以節約材料，減少二次加工量，從而大幅提高勞動生產效率。因此，金屬鋸床已廣泛應用于鋼鐵、石油、礦山、汽車、造船、航空航天等國民經濟各領域[3-4]。金屬鋸床主要部件有底座、床身、立柱、鋸梁和傳動機構、導向裝置、工件夾緊機構、張緊裝置、送料架、液壓傳動系統、電氣控制系統、潤滑及冷卻系統，圖1是一種典型的臥式鋸床結構圖。

1.2 ? ?金屬鋸床中傳統定尺裝置的缺陷

圖1中料長擋塊實際上就是鋸床定尺裝置。傳統的定尺裝置存在一定的問題：首先物料在傳送裝置的作用下運動，當物料的一端與定尺裝置接觸的瞬間，物料對定尺裝置上的緩沖部分進行撞擊，這種撞擊會造成物料定位不準等問題，直接影響定尺的精度，而且當定尺裝置確定出某一長度距離時，需要人工操作定尺裝置內的鎖死結構將定尺裝置的移動部分鎖死，以確保該長度不會發生變化。這種方式一方面需要每次人工設定尺寸，存在操作煩瑣的問題，并且尺寸精度存在波動，不適合大批量生產使用;另一方面，當定尺裝置確定某一長度距離后，測量裝置無法及時反饋，待剪工件的剪切動作延后，所切割的工件尺寸不準確。

2 高精度自動定尺設計方案

2.1 ? ?高精度自動定尺裝置設計方案[5]

為了克服傳統定尺裝置的缺陷，設計了一種高精度自動定尺裝置，其主視圖如圖2所示。高精度自動定尺的技術方案為：包括主體架，主體架上安裝有導向軸和移動座，移動座沿著導向軸的方向運動，導向軸末端設置有止定螺桿，移動座上設有傳動螺母和與傳動螺母相配合的傳動螺桿，移動座上還安裝有氣缸和與氣缸的連接頭相鉸接的定尺擺動桿，氣缸通過驅動連接頭運動，同時帶動定尺擺動桿轉動。定尺擺動桿上連接行程傳動桿，行程傳動桿上連接行程開關，傳動螺桿的末端固定連接鎖定輪和定長手輪，止定螺桿可轉動并與鎖定輪的凹槽相嚙合，行程傳動桿可與待剪鋁型材相接觸，移動座上安裝電子尺，并在顯示屏顯示尺寸數值，行程開關通過數據線反饋信號至氣缸并控制氣缸的啟停操作。

2.2 ? ?結構和工作原理[5]

高精度自動定尺的結構如圖3和圖4所示。其結構主要包括：主體架3，主體架3上安裝有導向軸4和移動座5，移動座5沿著導向軸4的方向運動。導向軸4末端設置有止定螺桿13，移動座5上設有傳動螺母11和與傳動螺母11相配合的傳動螺桿10，移動座5上還安裝有氣缸2和與氣缸2的連接頭14相鉸接的定尺擺動桿8。氣缸2通過驅動連接頭14運動，帶動定尺擺動桿8轉動，定尺擺動桿8上連接行程傳動桿9，行程傳動桿9上連接行程開關12。行程傳動桿9可與待剪工件1相接觸，當待剪工件1輸送至行程傳動桿9處就會觸發行程開關12并發出信號。傳動螺桿10的末端固定連接鎖定輪7和定長手輪6，止定螺桿13可轉動并與鎖定輪7的凹槽相嚙合，即通過止定螺桿13卡住鎖定輪7，從而達到限制傳動螺桿10轉動的目的，即移動座5停止運動，定尺裝置移動至符合工藝要求設定的長度。移動座5上安裝電子尺并在顯示屏顯示尺寸數值，行程開關12通過數據線反饋信號至氣缸2并控制氣缸2的啟停操作，氣缸2的控制系統接收到待剪工件1輸送的信號后開始啟動，當接收到待剪工件1輸送至設定長度觸動行程傳動桿9進而觸發行程開關12發出信號時，關閉氣缸2將定尺擺動桿8退回待機位。此裝置適合批量生產使用，每種剪切長度手動設定一次尺寸即可。

3 裝置實際使用效果

將高精度自動定尺安裝在鋸床上，現場分別對7個規格的鋁型材各測量20組數據，測量結果與誤差數據如表1所示。可以看出，系統所測量的長度誤差<5 mm，滿足用戶要求。經過為期一個月的測量驗證，鋁型材的長度合格率由原來的95%提升至98.8%，大大降低了鋁型材的報廢率。

4 結語

本文所述高精度自動定尺用于金屬鋸床中，其精度高，減少了工人操作，提高了產品的長度合格率，降低了產品長度不穩定性，滿足客戶要求，同時還提高了生產效率。設備運行半年多以來，自動定尺控制系統工作穩定、性能可靠。該項設計工程材料費用較低，取得了較好的經濟效益。

[參考文獻]

[1] 王平.淺談鋁型材鋸切、沖壓加工[J].科學與財富，2013（4）：112.

[2] 李耕，楊舒拉，孟春光.高精度自動寬度定尺機的設計與研制[J].山東冶金，2001，23（5）：43-44.

[3] 楊江.一種自動鋁材鋸床：CN205393663U[P].2016-07-27.

[4] 黃金發，陳賢生.金屬帶鋸床人機工程設計研究[J].機械設計，2018，35（5）：126-128.

[5] 王志藝，余琳玲，吳斯忱.一種自動定尺裝置：CN208728813U[P].2019-04-12.

收稿日期：2021-07-01

作者簡介：王志藝（1977—），男，廣東清遠人，工程師，研究方向：機械。