多切口鋸切組合鋸裝置的鋸切參數(shù)的確定

高海云　姚映涵　姚平喜

1.太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院　2.山西經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院　3.精密加工山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

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多切口鋸切組合鋸裝置的鋸切參數(shù)的確定

高海云1,2姚映涵1,2姚平喜1,3*

1.太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2.山西經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院3.精密加工山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

摘要：針對(duì)某公司對(duì)方管下料的特殊要求，設(shè)計(jì)了一臺(tái)新型的多頭鋸組合裝置，實(shí)現(xiàn)8個(gè)切口的高效高質(zhì)量加工。運(yùn)用金屬切削力學(xué)理論與方法，對(duì)圓鋸機(jī)鋸切過程的力能參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算過程中考慮了鋸切時(shí)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以及金屬的塑性變形參數(shù)等，得到鋸切過程的平均鋸切力和平均鋸切功率等參數(shù)值。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)加工證實(shí)，該裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)45°多切口的鋸切，不僅滿足了產(chǎn)品的加工精度，提高了生產(chǎn)效率，還使產(chǎn)品具有了明顯的比較優(yōu)勢(shì)。

影響圓盤式金屬冷鋸機(jī)鋸切過程的因素較多，如：被鋸切金屬的機(jī)械性能、鋸切溫度、斷面形狀、鋸齒齒形、鋸片厚度、夾盤直徑與鋸片直徑之比、鋸切位置、鋸切速度、進(jìn)給速度、鋸齒冷卻制度、減振措施等等。鋸切速度和進(jìn)鋸速度是運(yùn)動(dòng)參數(shù)，當(dāng)其它條件一定時(shí)，合理選擇運(yùn)動(dòng)參數(shù)，可以達(dá)到鋸切力和鋸切功率小、鋸切生產(chǎn)率高、鋸切斷面質(zhì)量好和鋸片壽命長(zhǎng)的目的。在鋸切過程中，常因鋸切速度和進(jìn)給速度的選擇不當(dāng)，致使鋸屑充滿和被壓實(shí)在鋸齒齒槽中，排不出去，形成所謂“塞齒”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象使鋸切力急劇增長(zhǎng)，從而引起鋸齒折斷甚至鋸片破裂[1]。

我們這里通過具體的工程實(shí)例，對(duì)金屬冷鋸機(jī)鋸切進(jìn)行分析。

1　多切口鋸切組合鋸簡(jiǎn)介

鋼管廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)件中，它具有強(qiáng)度高、韌性好、承載能力大，抗沖擊性和嚴(yán)密性好，可塑性好，便于焊接和熱加工等優(yōu)點(diǎn)。圖1所示為某公司鋼制托盤的支腿示意圖。支腿采用方管焊接而成。以前外圍框架采用把方管鋸切成45°斜口再組焊成型的方式，存在焊接工作量大，焊后外形不美觀需要修磨等缺點(diǎn)。

圖1　支腿示意圖

對(duì)于方管，如果只將橫截面的三個(gè)邊切斷，第四條邊保持連接（如圖2所示），再沿切口處對(duì)方管進(jìn)行彎折，形成所需的框架形狀。每一個(gè)彎折處不需要像傳統(tǒng)那樣進(jìn)行四面焊接。這樣既減少了切割時(shí)間，節(jié)省了焊接時(shí)間，減少了修磨時(shí)間，保持了外形的美觀，還提高了支腿的承載能力。

對(duì)圖2所示工件，要對(duì)8個(gè)切割面進(jìn)行快速、有效、準(zhǔn)確的切割，還要保證尺寸精度，鋸切精度等問題就比較困難。如何才能高效快捷地把8個(gè)鋸切面高精度地按要求切割，更好地滿足生產(chǎn)需要，是本設(shè)計(jì)中要重點(diǎn)考慮的。

圖2　方管鋸切示意圖

經(jīng)過第二代產(chǎn)品的試制試用，最后決定采用兩次雙向鋸切方式。如圖3所示為方案圖。

圖3　單層兩次雙向鋸切方式

2　鋸切參數(shù)的確定

2.1切削力的分析

鋸片形式與被鋸材料不同，其切削機(jī)理也不同，對(duì)于金剛石鋸片切割巖石的鋸切過程，主要以磨削模型分析受力[3]。而對(duì)于高速鋼鋸片鋸切金屬材料，則按切削模型分析受力[4]。在切削過程中，金屬材料變?yōu)榍行佳厍暗睹媾懦觯纬杉庸け砻妗Ｔ谶@個(gè)過程中，刀具不僅要克服摩擦阻力，還需要克服材料內(nèi)部的作用力，如圖4 所示為單齒的受力示意圖。

圖4　切削時(shí)鋸齒受力示意圖

本鋸在對(duì)方管鋸切時(shí)，鋸與方管相對(duì)運(yùn)動(dòng)如圖5所示。鋸切時(shí)工件固定不動(dòng)，鋸切過程是由鋸片的旋轉(zhuǎn)和鋸片的進(jìn)給兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)復(fù)合而成。

圖5　鋸切示意圖

鋸切時(shí)，同時(shí)參與的鋸齒數(shù)隨行程的變化而變化，一般進(jìn)給速度不變，因此鋸切力是變化的，需要求出最大鋸切力，由此確定其他參數(shù)。

2.2切削參數(shù)

2.2.1鋸片速度

鋸片直徑是按照欲加工件的最大尺寸確定的，D=300mm，鋸片速度按照切削線速度，取 n=200(r/min)。

2.2.2切深

切深與進(jìn)給速度有關(guān)，進(jìn)給速度則按照生產(chǎn)大綱的要求，每分鐘加工2件，取進(jìn)給速度為：20mm/s

2.3功率的計(jì)算

劉培鍔等[5～6]根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算相結(jié)合，通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)總結(jié)得出四種軋件的平均鋸切功率回歸公式，為金屬冷鋸機(jī)鋸切功率理論計(jì)算提供了依據(jù)，填補(bǔ)了國內(nèi)對(duì)鋸切功率計(jì)算空白。可用來粗略的知道現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，而且也為類似問題研究提供了方法，基于冷鋸機(jī)的實(shí)驗(yàn)提出了計(jì)算公式：

式中：——為總傳動(dòng)效率 ，一般約為0.85；

N1 ——鋸切金屬的功率；

N2 ——夾鋸功率；

N3——空載功率，約等于0.15 N1。

按文獻(xiàn)[2,5～6]所列公式，計(jì)算得到驅(qū)動(dòng)功率1.7KW，實(shí)際選取2.2KW。

3　鋸切效果分析

金屬鋸切是原材料切斷下料的重要工序，高速鋼鋸片圓鋸機(jī)以較高切削效率和較高切削精度，特別是其經(jīng)濟(jì)性被廣泛用于批量鋸切下料。本文針對(duì)某公司對(duì)方管下料的特殊要求，設(shè)計(jì)了一臺(tái)新型的多頭鋸組合裝置，通過兩次裝夾定位，實(shí)現(xiàn)8個(gè)鋸口的高效高質(zhì)量加工。新設(shè)備的投產(chǎn)，大大提升了產(chǎn)品品質(zhì)。

由于選擇功率較大，實(shí)際使用時(shí)，進(jìn)給速度適當(dāng)提高還可滿足要求，只是對(duì)夾緊力要增大一些。另外針對(duì)設(shè)備的使用中需要2人操作的問題，正試圖增加自動(dòng)取料機(jī)械手減少操作人員，提高效率。

4　結(jié)論

論文運(yùn)用金屬切削力學(xué)理論與方法，對(duì)圓鋸機(jī)鋸切過程的力能參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算過程中考慮了鋸切時(shí)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以及金屬的塑性變形參數(shù)等，得到鋸切過程的平均鋸切力和平均鋸切功率等參數(shù)值。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)加工證實(shí)，參數(shù)確定合理，可實(shí)現(xiàn)對(duì)45°多切口的鋸切，不僅滿足了產(chǎn)品的加工精度，提高了生產(chǎn)效率，還使產(chǎn)品具有了明顯的比較優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉培鍔,M.SarWar.運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)圓盤鋸鋸切過程的影響[J].重型機(jī)械，1990(3)：42～47.

[2]林學(xué)杰.圓鋸機(jī)鋸切金屬過程力能參數(shù)計(jì)算研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2012.

[3]周燦豐，張寶生，曹建樹.鋸切力仿真與鋸切參數(shù)選擇[J].金剛石與磨料磨具工程，2002（5）：45～47.

[4]譚心，黃虎，陳琳.圓鋸片鋸切H型鋼過程分析及齒形參數(shù)優(yōu)化[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2014（12）：69～72

[5]劉培鍔．圓盤式高速金屬冷鋸機(jī)鋸切功率實(shí)驗(yàn)研究[J]．重型機(jī)械，1995（6）：11-18

[6]劉培鍔．圓盤式高速金屬冷鋸機(jī)鋸切功率計(jì)算[J]．重型機(jī)械，1996（2）：30-34.

高海云（1975-），女，碩士研究生，講師，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化技術(shù)

通訊作者：姚平喜（1963-），男，博士，教授，研究方向?yàn)榱黧w傳動(dòng)與控制，機(jī)電一體化技術(shù)等

作者簡(jiǎn)介

關(guān)鍵字：組合鋸 鋸切參數(shù) 多切口