一種優選橫截鋸的結構設計

田振成，王繼榮，王士華，時連文，代相伍

(青島大學 機電工程學院，山東 青島 266071)

0 引言

隨著經濟的發展，勞動力密集型的生產模式已不適用于當今機械制造業的發展。由于勞動成本的增加和制造業市場的發展緩慢，使得企業必須對生產設備進行改造，減少人工的參與，降低成本，鞏固產品在市場中的地位。德國威力集團生產的優選橫截鋸改變了傳統的生產方式，但其售價過于昂貴[1]，未能在國內廣泛應用。國內的江佳、瑞力特、優必選等企業生產的優選橫截鋸以售價低，效率高，質量好等優點在國內廣泛應用，但這些優選橫截鋸只能實現木材的橫截鋸切。為了降低創業公司、小型企業的勞動成本，從增加產品功能的多樣性角度出發，設計了一種新型的優選橫截鋸。使優選橫截鋸能從多個角度切割，而不僅僅橫截鋸切，使設備能夠做到一機多用。

1 優選橫截鋸的工作原理

干燥的木材需要經過刨削、縱切，橫截等流程[2]才能成為制作木門、地板等產品的毛料。在橫截的工藝中，采用優選橫截鋸不僅可以將木材橫截，還能剔除掉木材的結疤、缺陷等瑕疵。國內的大部分優選橫截鋸采用識別熒光粉的原理自動鋸切木材。工人將木材搬到畫線區[3]，采用特制的熒光粉筆對木材的各部分標記質量等級和對需要剔除掉的疤痕、缺陷的橫向邊界畫線，然后再將畫好線的木材放到傳送帶上，傳送帶上的傳感器對熒光粉進行識別并將數據傳入到電腦中，電腦根據畫線的位置讓裝載鋸片的氣缸按要求推出和退回活塞桿，使一直旋轉的鋸片按照要求實現進給、鋸切。

本文設計的優選橫截鋸引入機器視覺和基于深度學習的智能木料檢測方法，采用機器視覺將木材的具體情況變成圖像，通過電腦的智能算法自動識別圖像的缺陷和自動劃分木材的等級。這樣，在鋸切的過程中就無須人工干預，不僅降低了工人的勞動強度，也避免了因工人狀態不好等原因造成木材評級錯誤等材料浪費的現象。本文設計的優選橫截鋸預計實現鋸切一米的木材精度為±1 mm，最大鋸切厚度為100 mm×100 mm(寬×高)，最小鋸切厚度為200 mm×30 mm，最小鋸切長度為100 mm。

2 優選橫截鋸的結構設計

優選橫截鋸的三維模型如圖1所示，木材從木料檢測機構出來后進入到優選橫截鋸的工作臺面上，進給輪帶動木材向前移動，根據木料檢測機構的自動識別結果，PLC控制鋸片進給機構帶動鋸片進給，完成木材的鋸切。根據不同的木材厚度，可以調節進給輪的高度，從而完成不同厚度的木材鋸切。因此，本文設計的優選橫截鋸主要分為鋸片鋸切機構、鋸片進給機構和木材進給機構。

圖1 優選橫截鋸的三維模型

2.1 鋸片鋸切機構

采用同步帶傳動將電機的轉速、動力傳遞到鋸片所在軸上，一般鋸切木材的轉速為3 400 r/min。無論鋸片是處于鋸切還是不鋸切的狀態，鋸片都要始終保持旋轉，通過對鋸片切削力的計算和鋸片需要長期轉動等特點，選用了5.5 kW的三相異步電動機。

由于在鋸切的過程中，同步帶輪之間的中心距隨鋸片的位置始終在發生變化，當中心距瞬間變小時，同步帶會發生打滑或脫離同步帶輪的現象，為了避免這種現象設計了同步帶的張緊機構，當配重塊的重量足夠時，利用杠桿原理使張緊輪能夠始終支撐和張緊同步帶。當同步帶因長時間工作而變松時，可以調節張緊調節桿在機架中的位置，實現對同步帶的張緊(見圖2)。

圖2 鋸片鋸切機構

2.2 鋸片進給機構

本文基于曲柄滑塊機構設計了鋸片的進給機構，采用伺服電機控制主動齒輪的轉動。曲柄采用一對外嚙合齒輪實現。相對于普通桿件，一對外嚙合齒輪具有轉動平穩，可以在更短的時間內完成機構的停止等優點。

2.3 木材進給機構

當木材進入到工作臺時，氣缸推出活塞缸，使壓緊輪壓緊木材。同時伺服電機的旋轉通過鏈條帶動各鏈輪的轉動，鏈輪的另一面與進給輪同軸，鏈輪的轉動帶動進給輪轉動，使木材往前運行。增加了壓緊輪和進給輪的數量，減小了輪與輪之間的間距，使其盡可能地運輸長度較小的木材。為了鋸切不同厚度的木材，將機體斷開、分為豎直方向的工作安裝面和水平方向的工作臺，工作安裝面與滾珠絲杠固定連接，滾珠絲杠的螺母與水平的工作臺面固定。由于螺母固定不動，因此旋轉手輪只能讓豎直的工作安裝面隨滾珠絲杠一起繞水平工作面做相對的上下移動，從而調節進給輪的高度，實現鋸切不同厚度的木材鋸切(見圖3)。

圖3 木材進給機構的正面

本文設計的優選橫截鋸可以實現多角度鋸切。為了降低產品的設計成本，在工作臺上靠近鋸片的位置留有一定深度的凹槽，將帶有角度刻度的靠尺固定板放入到凹槽內，并用螺釘緊固。并用螺釘將靠尺固定在所需角度處。當木材進給時，通過靠尺的側面改變木材的進給方向從而實現木材的任意角度斜切。

3 結語

本文設計的優選橫截鋸不僅采用了機器視覺和深度學習等高自動化水平的技術、方法，還改變了傳統的優選橫截鋸單一的鋸切方向，能夠實現任意角度的切割，提高了設備功能的多樣性，降低了企業的勞動成本。但仍有不足之處，該設計的任意角度切割的效率遠不如橫截的效率高。