一種新型高速金屬鋸板機的研究與應用

摘要：針對目前國內金屬板料切割方式存在加工精度及加工效率低的問題，研發了一種新型高速金屬鋸板機。經實踐應用表明，該金屬鋸板機性能優良、結構合理、安全可靠、噪聲低、效率高。

關鍵詞：鋸板機;金屬切割機;鋸切

0 引言

隨著工業技術的不斷進步，金屬制造業也迅速崛起并得到高速發展。對于金屬板料的切割，目前國內以火焰切割、帶鋸條切割等方式為主，也有極少數的生產企業采用圓鋸片切割機，但這些方式無論是加工精度，還是加工效率都不是很高，不能滿足生產企業的需求，所以亟需研發一款加工精度高、生產效率高和自動化程度高的鋸切金屬板料的設備，以滿足市場需求。本文通過市場調查，根據生產企業使用要求，研發了一種新型高速金屬鋸板機（以下簡稱金屬鋸板機）。

1 金屬鋸板機的基本結構和設計特點

1.1? ? 金屬鋸板機的基本結構

金屬鋸板機主要由機架、送料裝置、進給裝置、夾緊裝置、齒輪箱、油路系統和電器柜等組成，如圖1所示，采用圓鋸片方式鋸切金屬板料，同時圓鋸片采用鑲嵌的硬質合金齒，其旋轉工作的線速度可達100～140 m/s。金屬板料經過送料裝置輸送至待切割的位置，由夾緊裝置對其進行夾緊固定，齒輪箱通過升降裝置運行至切入點，鋸片以設定的參數旋轉，然后進給裝置水平方向運動，同時噴霧系統打開，進行金屬板料的鋸切，切割完成后，齒輪箱通過升降裝置上升，使鋸片的最低點高于金屬板料的上表面，然后齒輪箱通過進給裝置后退至切入點，同時夾緊裝置松開金屬板料，然后送料裝置輸送板料。整個過程全部自動完成，操作者只需要輸入金屬板料的寬度、厚度和需要鋸切的數量。

1.2? ? 金屬鋸板機設計特點

我們在參考調研有關金屬板料圓鋸機床后，認為鋸板機在鋸切過程中，板料的夾緊可靠度是直接影響鋸切效果的主要因素。金屬板料毛坯外形尺寸較大，表面不平整，不利于夾緊金屬板料，水平夾緊限制了金屬板在水平方向的自由度，同時夾緊裝置的上壓夾緊限制其在垂直方向的自由度，這樣就使金屬板料完全固定。在鋸切過程中由于板料變形，經常出現圓鋸片卡在鋸縫中變形的情況，想要沿著鋸縫后退出去十分困難，同時易損壞鋸片。而選用本文設計的金屬鋸板機，升降裝置使圓鋸片緩慢上升，離開工件鋸縫，然后就可以更換圓鋸片了，由于上升的距離很短（高于金屬板料的厚度20～30 mm），采用伺服電機驅動，實現了位置、速度和力矩的閉環控制;克服了步進電機失步的問題，抗過載能力強，能承受3倍于額定轉矩的負載，低速運行平穩。加減速的動態響應時間短，一般在幾十毫秒之內，高速性能好，額定轉速為2 000 r/min，傳動方式采用摩擦損失小、效率高、軸向剛度高、高低速運行平穩的滾珠絲桿傳動，傳動可逆，同時用定位精度高、剛性好，能承受上下左右方向負荷的直線導軌作為導向，因此，送料精度能達到0.008 mm/300 mm。

查閱了相關的標準，設計計算傳動系統并校核，由于加工精度以及裝配誤差的影響，齒輪與齒輪之間存在著間隙，采用消除間隙的裝置是最好的辦法，同時安裝圓鋸片的主軸采用特殊的結構方式和高精度的裝配，使得主軸端面的軸向跳動小于0.001 mm，端面跳動小于0.008 mm，高于機械行業金屬鋸切的國家標準。在圓鋸片的兩側裝有夾持塊，增強圓鋸片的剛性，同時在鋸切的過程中，采用噴霧潤滑方式對圓鋸片的鋸齒以及鋸切的地方進行潤滑，采用用環保切削油進行精確計量的微量潤滑方式，精心設計的噴嘴向鋸齒噴涂切削油，吸收圓鋸片在鋸切過程中產生的熱量，同時對圓鋸片的鋸齒進行潤滑，改善了圓鋸片的鋸切環境，使得圓鋸片的使用壽命增加從而降低生產成本。對于切割過程中產生的混合污染物，由專門的裝置吸收進入初級凈化整流腔，腔內的特殊結構對污染物進行均衡整流的同時，利用靜電對大顆粒油滴進行吸附截留，分離出來的油水液體被集中回收。脫除油水的煙均衡進入次級高壓場，油煙氣在高壓場作用下，被電離、分解、吸附、碳化，同時場中的活性因子臭氧，對煙氣中的有毒成分和異味進行分離、除味，通過以上兩級多層次的凈化處理，可使油煙的去除率達到95%以上，不僅不會對環境造成污染，回收之后的資源還能二次利用。同時，金屬鋸板機的機架、齒輪箱等主要部件由優質的高強度材料整體鑄造而成，具有剛性好、強度高、變形小、吸震性好等特點，顯著提高機床的整體剛性和鋸切過程的平穩性。經檢驗測試，噪聲僅為70 dB。

電氣系統采用PLC控制，在PLC設計和制造過程中，由于采用了現代大規模集成電路技術和嚴格的生產工藝來制造內部電路，因此具有先進的抗干擾能力，PLC平均無故障時間通常在20 000 h以上，這是一般的其他電氣設備做不到的。同時，用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備的外部接線;具有很強的自我診斷能力，能隨時查出自身故障，并顯示給技術人員，使技術人員能迅速檢查、判斷故障原因。如果是PLC自身問題，在維修時只需更換插入式模塊及其他易損壞的部件即可。

金屬鋸板機的主要技術參數：總功率為30 kW;主電機功率為22 kW;主軸轉速為20～90 r/min;硬質合金鑲齒圓鋸片為460 mm×3.5 mm，齒數為60;金屬板料高度為100 mm;金屬板料寬度為600 mm;鋸切尺寸精度<0.1 mm/100 mm;機床外形尺寸（長×寬×高）為2 000 mm×3 000 mm×2 500 mm;總重量為1 200 kg;鋸片水平速度為1～30 mm/s（無級調速）。

2 金屬鋸板機的操作使用

金屬鋸板機接通快速接頭壓力為0.6 MPa左右的壓縮空氣源;接通380 V三相交流電源，此刻氣源壓力表上有讀數指示，旋轉“電源”開關至“開”位置，機床綠色指示燈亮起，PLC系統啟動，進入PLC主界面，設置材料尺寸、圓鋸片轉速及齒數、每齒進給量等相關參數，設置完成后，啟動油壓電機，然后按下“手動”開關至“開”位置，則進行半自動的鋸切模式，如果按下“自動”開關至“開”位置，則進入全自動鋸切模式，系統會自動計算切割的數量及切割工件的平方數。當圓鋸片在使用一段時間后，根據系統設定的參數值，會提示操作工更換鋸片，并停止鋸切，等待更換鋸片。當系統發生故障時，系統發出閃光報警，等待操作人員確認，并可及時通知檢修人員進行維護。出現以下情況時，系統會發出報警信號：液壓故障報警、噴霧冷卻系統故障報警、氣壓系統故障報警、3 min后沒有材料報警并且停機。金屬鋸板機可實現全過程自動控制，即除手動上料外，從自動送料開始到鋸切完成，一次性可以設置多種長度尺寸，并設定多種長度需要切割的數量，達到數量機器自動停機。

3 結語

新型高速金屬鋸板機由我公司完成樣機制作，經實驗人員在半年時間內對其加工的各種金屬板料的性能進行實際檢測分析后認為，該金屬鋸板機性能優良、結構合理、安全可靠、噪聲低、效率高。將其投入到實際生產企業的鋸切中（三班制24 h），鋸切材料為Q345B，材料規格為500 mm×60 mm和365 mm×50 mm，根據客戶一年的使用情況表明，金屬鋸板機能切割橫斷面較大的坯料（100 mm×600 mm），下料精準（小于0.1 mm/100 mm），表面光潔度能達到Ra3.2 μm，水平切料的速度達到10 mm/s，圓鋸片的使用平方數為10～15 m2，鋸切速度是其他鋸切方式的2倍以上，達到了國內領先水平。

收稿日期：2020-04-04

作者簡介：施勇超（1988—），男，浙江麗水人，助理工程師，研究方向：金屬棒材、空心管以及金屬板料下料設備的研究與開發。