定尺裝置的設計與應用

王岳峰， 張江偉

（太原重工股份有限公司技術中心，山西 太原 030024）

在冶金、軋鋼、擠壓機械加工行業，定尺裝置被廣泛地應用于型材、棒材及管材等不同形狀、不同規格的生產線，與定尺鋸、成品輸送輥道等相互配合，根據用戶要求可切割為指定長度的成品料。定尺裝置是成品加工過程中非常重要的組成部分，它的優劣直接影響到成品長度的精度，因此近年來對定尺裝置的設計和研究也越來越多。經過總結以往定尺裝置的類型和結構形式，對常用幾種類型的定尺裝置進行分類介紹，并對它們結構的設計進行分析和闡述，針對定尺裝置在使用過程中出現的問題給出相應的解決措施。

1 設備的組成及工藝要求

1.1 設備組成

定尺裝置大致包括驅動裝置、行走機架、移動擋板及鎖緊裝置等結構［1］。不同類型的定尺裝置因工藝過程及用戶要求的產品類型不同，自身的結構也存在著變化。

定尺裝置在工作過程中，通過移動定尺擋板擋住將要切割的待加工坯料，根據用戶所需的成品料長度進行切割加工，對成品料集中收集管理，另外對切割掉的料頭進行回收處理。

1.2 工藝流程

以擋板升降的定尺裝置為代表，典型的工藝流程圖如圖1所示。

圖1 定尺流程圖

需要注意的是，在鋸切整長的坯料前，需要將料頭鋸切并移除到指定的收集裝置，然后再對坯料進行定尺鋸切。

2 常見定尺裝置的類別

按照切割加工的成品斷面形狀可分為型材［2－4］、管材［5］、棒材及板材［6－7］等定尺裝置。本文著重就型材和管材的定尺進行介紹。

2.1 型材定尺裝置

2.1.1 雞啄米式定尺裝置

該類型的型材定尺裝置因工藝動作類似雞啄米的動作而得名，具體工藝過程為：

1）定尺。定尺裝置移動至指定的定尺長度時，移動擋板的汽缸無桿腔進氣，通過連桿結構，活塞桿帶動擋板放下，料頭頂在定尺裝置的定尺擋板上。定尺鋸完成對料的切割，之后汽缸有桿腔進氣，定尺擋板收回，運輸輥道轉動，將切割后的成品料向后運輸。

2）更改定尺長度。首先松開鎖緊裝置，再啟動電機，通過螺旋傳動裝置，將定尺擋板移動至所要求的工位長度，可滿足對不同要求長度料的加工要求。

該裝置具有結構簡便、自身空間小、成本較低及維修方便的優點。但也存在工作過程中擋板的受力不穩定，由于在定尺擋板接觸型材瞬間存在撞擊，定尺擋板受到沖擊力矩過大，在經過一段時間的工作，定尺擋板易引變形彎曲，從而影響到定尺裝置的定尺精度。

2.1.2 螺旋傳動定尺裝置

帶導向桿的螺旋傳動定尺裝置工藝過程同樣為氣缸帶動定尺擋板擋住及放行型材，整體定尺裝置的平移通過螺旋傳動來實現，即通過旋轉運動轉化為平移運動，來滿足對不同定尺的要求。螺旋傳動定尺裝置優點為由于在平移過程中有兩根平行導向桿，螺桿不承受型材沖擊所帶來的彎曲應力。與雞啄米式定尺裝置相比較，該結構在受力方面要更合理。不足之處是只在支撐輥道一側有連接桿，在工作過程中擋板一側受力，擋板會因型材的長期碰撞而出現框架彎曲變形，與連接桿不垂直的現象，因此導致連接桿的轉動負載增大，嚴重變形時甚至會有卡死現象發生，使得定尺精度無法保證。并且在該裝置中，沒有設計擋板緩沖裝置，使得設備在經過一段時間運行后出現裝置易損壞的現狀，從而增大維修工作量。

2.1.3 框架式型材定尺裝置

近年來研制的新型框架式定尺裝置，簡化結構示意圖如圖2所示。

工藝過程為：電動機通過減速器帶動絲桿轉動，之后再通過絲桿轉動裝有螺母的移動框架移動來實現定尺，在移動框架上安裝有擋板，擋板和定尺鋸之間的距離就是定尺長度。擋板的提升降落依靠氣缸來實現。氣缸倒裝在移動框架上，當有桿腔進氣，擋板上升；當無桿腔進氣，擋板下降。

該結構的特點為：通過上下共四根導向桿把左右兩個框架組成三維框架，該框架具有很強剛度，其中導向桿兩側有鎖緊螺母固定導向桿。型材沖擊擋板所產生的彎曲應力主要由框架承受，另外移動框架上安裝有緩沖裝置，能夠緩解絲桿所承受的軸向負荷，受力狀態較好。

圖2 框架定尺裝置示意圖

在緩沖裝置上的選型上優先選擇板簧緩沖，因為板簧結構緊湊，因此對于移動框架的厚度也相應減小，使得整個定尺裝置更緊湊，運動過程中更快速、準確。在使用的過程中，也曾試過使用蝶形彈簧、圓柱形彈簧或塔形彈簧，但是它們使得移動框架在不同程度上加厚增大安裝難度及增大氣缸等動力源，因此逐漸被板簧所取代。

但是在移動框架的運行方面來說，絲桿的運動平穩性不及直線導軌副。因為在實際的工作過程中，直線導軌有著承載能力強、磨損小、精度好、運動靈活、安裝維修潤滑方便等優點，已被歐美國家數控機床的導向裝置廣泛應用。

2.2 管材定尺裝置

該定尺裝置包括固定架、定尺小車、線性導軌滑塊等裝置。線性導軌通過螺釘連接在固定架上，而定尺小車連接在線性導軌的滑塊上，通過安裝在定尺小車上的伺服電機來驅動齒輪齒條實現定尺小車在固定機架上往復移動，如下頁圖3－1所示。在定尺鋸切過程中，通過液壓夾緊裝置將定尺小車夾緊在機架的指定位置上，確保小車在承受管坯沖擊時位置不發生變化，進而實現定尺小車的定位。在實際工藝過程中，通過支架上油缸伸出桿長度的變化和位置傳感器的檢測控制，能夠完成對成品料的過料、吸料頭和擋料的三個工位的動作，如下頁圖3－2所示。在吸料工位，通過電磁鐵讓吸料頭產生吸力，再通過油缸帶動連桿動作，將廢料頭吸到傾翻輥道上移除。

圖3 定尺裝置示意圖

在定尺過程工藝中，依據成型管坯料長度實際測量數量，根據該數據確定定尺小車的精確定尺位置。

該結構在鋸切、去除料頭及擋料等多工位有著自身的結構緊湊，占用空間小的優點。但由于輥子結構的局限，該結構的定尺裝置僅適合于單根管材定尺，若設計為圓柱形輥子，增大擋料擋板尺寸及吸料頭尺寸，性能會更加完善。

3 定尺精度控制分析

定尺裝置的定尺控制集機械、液壓、電氣及計算機編程為一體，因此每個環節對定尺精度的控制都非常重要。根據以往的實際工程數據，影響定尺精度的方面主要是定尺鋸、定尺裝置和測長輥等多種相關因素的綜合影響［8］。比如寶鋼某定尺裝置的剪切長度精度為0.3%，其中剪切長度偏短的次數占總數的26%。

3.1 存在定尺不準的因素

經過現場數據總結得出，容易出現造成定尺精度降低的機械現象可能存在的方面有：

1）成品料與定尺擋板撞擊后，兩者之間容易產生微小間隙造成定尺長度偏短。

2）在鋸切前成品料存在回縮現象，使得料頭不能靠近定尺擋板。

3）成品料還沒有完全接觸擋板而鋸切，造成定尺長度偏短。

4）在工藝要求的定尺長度位置，定尺裝置擋板定位不準。

5）在初始測長時，由于測長輥磨損、輥子表面粘上氧化物（或其他物質）等原因造成測長輥輕微上下彈跳或是外徑增大微變形而定尺不精確。

6）定尺裝置附近相關設備在工作過程中存在影響測定尺長度等相關因素，比如某定尺鋸附近有光柵存在，在鋸切5～6m長的成品料時會造成定尺不準。

7）造成影響定尺精度降低的相關電氣編譯程序［9］。

3.2 解決措施

為解決以上在現場實際存在的問題，相應的提出了對應改進措施。比如對于成品料回縮、不能靠緊擋板問題，采用了定尺裝置與測長輥聯合的使用方式。具體為先將定尺擋板精確定位，在測長輥道檢測到成品料即將到達擋板時候，輥道采用非常低的速度送料，盡量減小料頭對擋板的剛性沖擊和反彈，在料頭已經解除擋板后，仍是輥道已極低速度運行數秒后再發出剪切指令，以確保鋸切精度。雖然這樣能夠提高定尺精度，但是在鋸切效率方面卻有所降低。

另外一方面就是優化電氣控制程序，縮短定尺和鋸切的空閑時間，比如修正成品料在解除擋板前的速度和在鋸切連鎖條件中的輥道停止條件等因素，增加在定尺精度方面的校對程序，滿足工藝要求。

4 結語

定尺裝置在定尺鋸切過程中起著重要作用，通過分析不同類型的定尺裝置的組成結構及工藝過程，研究適合不同規格成品料的定尺裝置，為以后定尺裝置的設計和使用實踐起到參考作用。

［1］ 鄒家祥.軋鋼機械［M］.北京：冶金工業出版社，2000.

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［7］ 王濤.鋼板長度定尺剪切自動控制［J］.山東冶金，2008（3）：12.

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［9］ 王友根.機械定尺裝置控制程序的改進［J］.漣鋼科技與管理，2001（6）：64－56.