光纖預制棒切割專機設計

馬敏莉

(南通職業大學，江蘇南通 226002)

光纖預制棒切割專機設計

馬敏莉

(南通職業大學，江蘇南通 226002)

根據光通訊材料的特點、光纖預制棒制造企業要求，分析光纖預制棒切割專機設計的關鍵技術及設計要點，有針對性地設計了光纖預制棒切割專機，確保了加工質量及效率，在一年多的實際應用中其技術得到了充分驗證。

光纖預制棒;切割專機

國際上光纖材料制作至今已有近30年的歷史，我國近幾年才開始生產光纖預制棒，生產設備包括光纖預制棒切割機等輔助設備基本從日本等國家引進。近兩年，光纖生產的輔助設備轉向國內生產，但效果不理想。2010年，作者受某光纖材料制造公司委托自主研發生產光纖預制棒切割專機。根據光通訊材料的特點、光纖預制棒制造企業要求，有針對性地設計了光纖預制棒切割專機，確保了加工質量及效率，在一年多的實際應用中其技術得到了充分驗證。

1 設計要求分析

1.1 光通訊材料特點分析

光纖預制棒主要是利用氣相沉積工藝將原料氣體SiCl4和O2在加熱時發生化學反應生成SiO2沉積熔融而成，其材料為純SiO2［1］，屬于石英玻璃材料，是一種堅硬難溶的脆性材料，其化學性質很穩定，不溶于水也不跟水反應;其硬度為摩氏硬度5.5～6.5，抗拉強度4.8×107Pa，抗壓強度大于1.1×107Pa。

1.2 光纖預制棒制造企業要求

為了適應不同規格的光纖預制棒切割，保證切割質量，提高切割效率，在切割專機設計時，除了可靠性要求外顧客還提出了以下幾項技術要求:

(1)加工尺寸:直徑:φ30～φ50 mm;長度:300～2 700 mm。

(2)加工要求:將上述尺寸范圍內的光纖預制棒切斷，要求切斷面光滑，表面粗糙度Ra≤6.3μm，崩邊不大于0.2 mm。

(3)機床主機占地長度1 200～1 300 mm，滾輪頂部至地面高度850～900 mm，寬度600～700 mm(不作硬性要求)，加工棒料底部高出工作臺面5～10 mm等。

2 切割專機的設計及難點

在保證切割機安全可靠、換刀便捷的前提下，完成不同直徑規格的切割，并確保切斷面質量，是該專用機床的設計目標。為完成設計目標，機床各部件必須相互協調完成較為復雜的動作。如何使機床具備可靠地完成這些動作的功能是該專用機床要解決的主要問題之一。同時如何保證各部件有足夠的承載能力，達到運動部件既要運動靈活又要與床身之間有足夠的接觸剛度是該專用機床要解決的另一個主要問題。另外由于預制棒在加工時為多品種生產，各品種間更換加工時，要求機床調整方便快速。如何縮短機床調整、上下料等輔助時間也是該專用機床要解決的問題。

3 專機的布局與功能

設計該專用機床時綜合考慮整體剛性、加工適應范圍、操作等因素，采用立式平面布置。機床主要由支撐架部件、滑動部件、運動部件、機架部件等組成，整機結構見示意圖1。工作時，將被切割光纖預制棒輕輕擱置在機床兩邊工作臺尼龍滾輪上，根據切割長度，調整好光纖預制棒的軸向位置后，將光纖預制棒切斷。

圖1 光纖預制棒切割機結構示意圖

機床完成設計目標的關鍵動作:(1)將不同規格的光纖預制棒在切割前準確定位;(2)切斷工件。

4 光纖預制棒切割專機主要部件結構特點

4.1 滑動部件

滑動部件是在不同規格預制棒切割時起輸送和定位作用，具體結構見示意圖2。

圖2 滑動部件結構示意圖

不同規格的光纖預制棒在切割前可通過工作臺上的直柱型樹脂滾輪6(φ60、φ70 mm兩種規格)、滾輪軸12、滾輪支架2、擋塊5實現準確定位;滾輪支架零件圖見圖3，有80、105 mm兩個輪槽高度;當需切割 φ30～φ50 mm光纖預制棒時，將φ70 mm滾輪部件裝在80 mm高度的輪槽中可實現完全切斷工件;當需加工φ150 mm光纖預制棒時，將φ60 mm滾輪部件裝在105 mm高度的輪槽中即可;光纖預制棒切割使用滾子直徑與輪槽高度對照見表1。

圖3 滾輪支架零件圖

表1 光纖預制棒切割使用輥子直徑與輪槽高度對照表 mm

為了保證滑動部件在工作時能輕松滑動，保證切斷面質量，在保證專機可靠及成本相對較低的情況下，設置兩導輪副、上導軌、下導軌，其導輪軸29通過軸承26與導輪25配合直接在兩下導軌23上滑動，實現工件的輸送;另一端通過軸承26直接與兩上導軌30配合，實現工件輸送的平穩性;裝配時要求兩導輪在下導軌上行走平穩、同步、無卡阻現象，在下導軌上行走無振動、擺動現象。

4.2 運動部件

運動部件是為專機提供動力，具體結構見示意圖4。為了使主軸能保證在高切削力時無振動地運行，選用Y90L-4電機，機床鋸片軸22由電機9、2根V型三角帶30直接帶動，其特點振動小、噪聲低、切割平穩。鋸片主軸轉速設計為2 000 r/min。

圖4 運動部件結構示意圖

為了保證切斷面質量，裝配時可通過調整軸承拼緊螺母使鋸片主軸軸向、徑向間隙不大于0.02 mm。

為了使更換鋸片安全、快捷，在鋸片軸上設計了一個φ16 mm孔，具體結構見圖5。換鋸片時，可用一撬棒 (附件)從機床的正面機座孔向內插入直至鋸片主軸φ16 mm孔中 (如插不進，可旋轉鋸片)，拆下工作臺上蓋板，再用扳手拆下壓緊螺母 (右旋)，取下舊鋸片，換上新鋸片，將壓緊螺母壓緊后拔出撬棒即可。

圖5 鋸片軸零件圖

4.3 支撐架部件

支撐架部件主要起輔助支撐作用，具體結構見圖6。當加工的預制棒長度超過一定尺寸時，可調整矩形螺母11、蝶形螺釘12，使輔助支撐處于適合工件直徑的支撐高度。

圖6 支撐架部件結構圖

5 鋸片與切削液的選擇

5.1 鋸片的選擇

目前，市面上的鋸片主要有高速鋼鋸片、整體硬質合金鋸片、鎢鋼鋸片、鑲齒合金鋸片、金剛石鋸片等。因光纖預制棒的硬度達摩氏硬度5.5～6.5，僅次于金剛石，故選用金剛石圓鋸片，尺寸確定為φ300 mm×φ60 mm×1.8 mm。

5.2 切削液的選擇

光纖預制棒屬于石英玻璃材料，是一種堅硬難溶的脆性材料，其化學性質很穩定，不溶于水也不跟水反應，故直接選擇水為切削液。

6 結論

光纖預制棒切割專機的設計，基于對目標工件材料性能、制造企業要求的仔細分析，找出其設計要點和難點，通過對機床整體結構、功能進行分析，采用了來自生產一線的實際經驗以及一系列新技術、新方法、新結構，使設計目標得以合理充分地實現。

該專機于2010年樣機試制以來，已進入小批生產階段。一年多的實際使用證明:該專機產品質量穩定性好，操作便捷，顧客較為滿意。

【1】王智，張勁松，吳重慶，等.光纖預制棒工藝的能量分析［J］.北方交通大學學報，1998，6(3):42 －44.

【2】成大先.機械設計手冊［M］.5版.北京:化學工業出版社，2008.

【3】現代實用機床設計手冊編委會.現代實用機床設計手冊［M］.北京:機械工業出版社，2006.

【4】趙如福.金屬切削工藝人員手冊［M］.4版.上海:上海科學技術出版社，2006.

Design of Cutting Special Machine for Optical Fiber Perform

MA Minli
(Nantong Vocational College，Nantong Jiangsu 226002，China)

The key technology and key design points about the optical fiber preform cutting specialmachine design were introduced according to the characteristics of opticalmaterials and optical fiber preform manufacturing enterprises demands.The fiber preform cutting specialmachinewas designed targeted.The processing quality and efficiency are ensured.The technology is fully validated in more than a year of practical application.

Optical fiber perform;Cutting specialmachine

TH122

A

1001－3881(2013)8－039－4

10.3969/j.issn.1001 －3881.2013.08.015

2012－02－27

馬敏莉 (1965—)，副教授，研究方向為機械設計與制造。E－mail:symmlsj@163.com。