金屬帶鋸床送料系統的自動化改造

曹洪宇，唐佳軒，王永鵬，王躍斌，王馨延

（大連海洋大學，遼寧 大連 116014）

0 引言

在老式鋸床當中沒有送料系統是被淘汰的主要原因，GB4228 雙立柱龍門臥式帶鋸床是一種典型的切割設備，它使用金屬帶鋸條作為切割工具來切割金屬材料，主要用于黑色金屬的鋸切也可用于有色金屬和非金屬材料的鋸切。其具有切口較小，在同類產品當中效率較高，能耗比較低，材料浪費少等特點，是一種高效節能、材料節約的切割設備[1]。但其數控性能欠缺，在具體運用中存在手工進料的操作便捷性差，安全性欠缺，精度低等弊端。改造送料系統可以使工件的耗材更小，節省成本，節省大量資源，在提高工作效率的情況下減輕工人的勞動強度，降低生產成本，節約社會資源。

我院在金工實習、數控實習及熱處理實習教學中頻繁使用GB4228 雙立柱龍門臥式帶鋸床進行毛坯下料與試樣準備工作，其送料系統的自動化改造尤為必要。本次改造過程中就將針對GB4228 雙立柱龍門臥式帶鋸床的缺點進行改造在改正缺點的情況下，保留原有的優點。使其在今后的生產中發揮更加巨大的作用。

1 改造結構工作與原理

被改造的送料系統主要由工件夾緊機構、承料架、液壓系統、電液控制系統組成。其中工件的夾緊機構采用液壓推進和絲桿相結合的夾緊方式，可選擇設置夾緊力度，防止夾壞工件，通過這種方式可夾緊不同材質的工件毛坯。按鈕操作在小范圍內實現了工件的夾緊與松開。也可用手動來調節夾緊程度可實現了按照不同加工情況調整不同的松緊程度，從而使工件加工更加簡便，如圖1 所示。在實際加工當中，為確保加工工件的重量與尺寸在鋸床的承載能力范圍內，將鋸床所能切割的直徑限制在500 mm 以內。保證它在切割過程當中不會出現拒夾或超出切距范圍內的情況。承料架的組成是由滾輪、支架、軸承座及軸承等部件按照一定結構順序裝配而成。在使用時，承料架必須與主工作臺平行，中心線也應與夾緊鉗座的中心線保持一致，以確保正常的切割精度，避免了改造之后精度下降的問題。在滿足使用要求的基礎上，盡可能地提升承料架的載重能力，使其可以加工更具有重量的毛坯。

圖1 工件進料虎鉗

由于液壓推進的重量較輕、體積較小，在同等條件下所占的體積小，所以選擇液壓系統作為改進后的推進系統。由于液壓系統的慣性小，在停止或改變運動方向時，不會造成太大的沖擊，從而影響精度。采用油脂零件可相對自行潤滑，使得使用壽命大大增加；實現了工件軸向移動，保證傳動平穩，使每次的移動距離可以調整；確保了重復工作時每次的長度一致，以及在工作中每次可設置不同的長度。采用液壓夾緊可有效地減少夾緊時間，及控制夾緊力度，夾緊程度可由人為選擇后再給定，如圖2。

圖2 軋輥支撐機構

選用電液控制的方式控制整個進給系統。合理設置控制面板，并對進給速度和夾緊的程度進行細致的設置，最后給尺寸進行準確的給定，確保其穩定性，液壓泵在傳導時與液壓馬達之間通過油管進行傳導，在空間布置上彼此不會重合且沒有嚴格限制，使得控制面板與液壓系統相互之間工作不干涉。可實現電液控制的相互輔助，方便快速加工節約時間。液壓系統的前進與后退速度可在控制面板中控制，并可在發生危險時執行緊急停止。

在整個加工過程中首先將所需要的參數輸入進控制臺，由控制臺來控制整個操作過程其在自動化條件下完成。在參數輸入完畢后需要人為在周圍觀察，確保沒有因參數失誤造成的工業事故，從而減少錯誤的發生。設置鋸切長度、數量等，首先機械回歸固定原點。啟動自動運行，送料虎鉗松開。送料虎鉗后退到達確定長度后送料虎鉗夾緊，主虎鉗松開。送料虎鉗向前送料及達到最前端后停止，主虎鉗夾緊。主電機、冷卻電機啟動后鋸架進行切割，同時送料虎鉗松開、后退到達確定長度后送料虎鉗夾緊。鋸架切割完成后上升，主虎鉗松開自動切換到下一個“自動循環”或停止。在這個過程中，機床可隨時由人為停止，避免因機床操作失誤運轉所造成的損壞，減少不必要的損失，可以使機床由自動控制轉交為人工控制后，由人工自主操作。在總體設計時需注意具體的控制操作數值，并在安放材料、監視設備及搬運廢料的應用內容上，保證整體工序的完整狀態。設計參數須將視距條件設定在250 ～1500 mm 區間內，并在工作人員站立操作的前提下，與工作臺面間保持適當的距離。而這種任務視距，也會在不同的任務要求條件中，表現出明顯的差異化狀態。例如在控制操作與數值的視距管理上，須將視野直徑控制在400 ～600 mm，并使視距條件保持在250 ～350 mm。而對于防止材料的視野直徑，則應當固定在800 mm 上，并將500 mm 作為視距標準，將其作為實際視距的最高值。另外，在監視機器與搬運廢料的控制中，則相對較為寬松，可在保證最低距離條件的基礎上，根據操作人員的實際情況，對視距與視野上限進行控制，如圖3。

圖3 送料系統三維示意圖

2 改造后機床的優點

改造后的機床有如下優點：

（1）對送料系統自動化改造相比較于購買新機床節省60%左右的費用，特別在大型以及特殊專用設備的換新與改造的價格對比更為明顯。將GB4228 帶鋸床與GZK4228 自動數控帶鋸床的售價對比，GB4228帶鋸床為1.95 萬元，GZK4228 的售價為3.7 萬元，差額為1.75 萬元。在節省大量資金的前提下達到了數控鋸床的加工水平。

（2）性能穩定可靠，在原機床的設備基礎上不改變原有機床的結構完成送料系統改造，幾乎沒有因為影響應力的變化從而影響精度。因沒有改變原機床，從而沒有破壞原機床本身的應力。在改造過程中也不需要將原有鋸床拆下來進行改造不會因拆裝造成精度的下降，也不會造成應力的改變。在整個改造過程中，并不會打擾其余設備的使用，也不會因改造所造成周圍的使用空間下降。

（3）提高生產效率。機床的送料自動化改造后方可實現加工過程的自動化，與傳統機床相比，工作效率顯著提高3～5 倍，縮短了生產準備的時間，減輕了勞動力強度。

（4）機床的主要傳動采用電動機為動力，蝸輪箱為變速系統的傳動方式。進給傳動采用液壓式傳動，改變了原有手動與液壓助力的混合式夾緊的工作方式，實現自動進料，使操作更便捷，安全性更高。減少了勞動，從原先的體力加腦力勞動改為現在的腦力勞動。由于改變原有的手動工作方式，使得準確度與加工的精度提高，減少了廢料出現的可能性，也保證了整個過程在一個安全的情況下進行。

（5）改進后的機床是一種全新的設備（包括所有外購的液壓部件、電氣部件和其他部件等），具有更加合理的結構，可靠性、耐久性和穩定性也有了一定程度的提高。在不改變原有鋸床結構的前提下，進一步延長了使用壽命和使用效率，擁有了更多的空間與時間。使得改造后的產品可以使用更多的年限，降低了生產成本與設備的購買成本。

（6）結合國內外的先進技術，與實際生產使用設計鋸床的經驗相結合進行優化改進設計，并在整個改造過程中采用了大量的高新技術，達到符合國內外標準的先進水平。從而使得這款鋸床可以發揮更大的作用，使這款鋸床煥發出新的生命力，擴展了它的使用范圍。

（7）產品的設計、制造以及配套部件的選擇符合國內外工業標準和電工標準，使其擁有較強的通用性，所有計量單位均采用國際單位制。選擇與國際接軌，提高改造后的適用性能與應用的廣泛程度。在加工不同國際單位的工件時，可選擇不同的尺寸標準，達到了適應不同國際標準與生產環境的方式，提高了經濟效益。

（8）充分考慮后期維修的便利性和空間。在改造過程中就留出足夠用于后期維修的空間，以提高鋸床的后期維修的便利性，做到簡便易于修理，不易損壞，便于拆裝與二次安裝。盡量延長其使用壽命，做到降低損耗概率，減少安裝所需空間，減少占地面積，提高空間利用率，確保不會因空間問題導致無法安裝。

3 結語

傳統的金屬帶鋸床由于自動化程度不高手動操作步驟較多，造成安全水平過低，在送料系統自動化改造之后，操作系統的改變和操作的界面減少了人員的操作步驟，符合人機工程的要求做到了舒適、干凈整潔。提高了機床的加工效率和自動化水平，減少了因操作失誤造成的事故，并顯著提高了安全性能。機床的送料自動化改造是技術創新與技術改造的結合，這是一個改造傳統產業和發展創新項目，突出重點與整體相結合，把安全生產作為技術改造的重點任務。在當代大量老式鋸床淘汰同時，我們將科技與自動化相結合，本產品就是將一種老款機床改造，在本次改造成功之后，將本次機床的改造經驗引入對其他鋸床的改造之中，對大批即將浪費的社會資源進行合理的二次利用，為國家早日實現碳中和貢獻一部分力量。

近年以來隨著各種新式機床引入市場，市場上還存在著大量老式機床面臨淘汰，對老式機床的改造代表了一種全新的前進方向，這將為國家節省大量的資金，為社會節省大量的資源，甚至可以說提供一定數量的工作崗位，必將成為一個時代的產物。