水平高速帶鋸床改造

曹世端，田懷前，吳厚華，高世舉

（西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 401326）

0 引言

高速帶鋸床是2007 年從德國(guó)進(jìn)口，用于鋁及鋁合金棒材、管材、型材、帶材的定尺鋸切和取樣。主要由龍門架、鋸弓（含鋸帶驅(qū)動(dòng)、張緊及導(dǎo)向裝置等）、切割進(jìn)給系統(tǒng)（由垂直方向的2 個(gè)直線導(dǎo)軌和2 個(gè)導(dǎo)向座、伺服電機(jī)及減速機(jī)和1 根滾珠絲桿、測(cè)量系統(tǒng)等組成）、定位和夾緊系統(tǒng)（移動(dòng)夾緊、固定夾緊和向下壓緊系統(tǒng)）、潤(rùn)滑系統(tǒng)（每個(gè)機(jī)構(gòu)的潤(rùn)滑油注入系統(tǒng)和鋸片的潤(rùn)滑系統(tǒng)）、液壓系統(tǒng)、輥道輸送裝置、鋁屑的吸收系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等組成。

鋸弓安裝在Z 軸上，作為切割進(jìn)給。移動(dòng)夾緊系統(tǒng)安裝在X軸，用于水平夾緊和輸送鋁材。固定夾緊也安裝在X 軸，布置在切割通道的入口端。壓緊系統(tǒng)用于向下卡緊成堆的鋁材，布置在切割通道的出口端。

主要技術(shù)參數(shù)：集束后鋸切鋁材尺寸寬：50～700 mm，高30～800 mm；切割速度500～2800 m/min。

1 存在的問題及原因分析

（1）鋸弓靠伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)單根滾珠絲桿進(jìn)給，當(dāng)伺服電機(jī)出現(xiàn)故障，制動(dòng)失效時(shí)，鋸弓會(huì)隨著絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)而快速下降且速度越來(lái)越快，存在安全隱患。

（2）定尺機(jī)構(gòu)布置在進(jìn)料端，長(zhǎng)度超過2.5 m 以上的定尺，移動(dòng)夾頭（行程2000 mm）要往返多次才能完成，效率低，且定尺精度差，移動(dòng)夾頭往返次數(shù)越多，累計(jì)誤差越大，一般是2～15 mm。

（3）鋸切線前后的輥道間距大，短料容易掉落。

（4）吸屑口布置不合理，吸屑效果差，吸屑率不到70%，鋁屑飛濺，造成設(shè)備周圍環(huán)境差。

（5）因?yàn)槌隽隙藳]有水平方向的夾緊，進(jìn)料端僅有一組水平方向的夾緊，所以坯料易歪斜，鋸口斷面易成斜面，特別是一次鋸切多根料時(shí)。

（6）鋸切過程中鋸帶張緊力不穩(wěn)定，造成鋸帶損壞。系統(tǒng)采用微型液壓站系統(tǒng)（電機(jī)、泵、控制閥組、控制模塊集成于一體），通過檢測(cè)缸內(nèi)壓力變化控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)（壓力低限時(shí)啟動(dòng)，高限時(shí)停止），其壓力值一直在一個(gè)區(qū)間內(nèi)不停的變化，導(dǎo)致鋸帶在不斷承受交變載荷，壽命急劇降低。

（7）出料端的坯料收集裝置由2 個(gè)懸臂吊來(lái)升降，需要人工掛取吊帶，導(dǎo)致不方便、不安全、效率低。

2 改進(jìn)措施

2.1 重新設(shè)計(jì)制作鋸弓平衡系統(tǒng)

根據(jù)鋸弓自重（約6000 kg），采用液壓油缸進(jìn)行平衡，平衡鋸弓自重的90%左右，達(dá)到減輕進(jìn)給機(jī)構(gòu)負(fù)荷，防止鋸弓因進(jìn)給機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)快速下落。

2 支平衡油缸分別安裝在龍門立柱的側(cè)面，通過鉸鏈?zhǔn)竭B接方式與鋸弓連接。油缸的有桿腔無(wú)油，下腔（無(wú)桿腔）與蓄能器連接，主要用于平衡鋸弓的自重，減輕鋸弓進(jìn)給絲桿及伺服電機(jī)的負(fù)荷。當(dāng)鋸弓上升時(shí)平衡液壓油缸下腔從蓄能器進(jìn)油，當(dāng)鋸弓工作進(jìn)給時(shí)平衡液壓油缸下腔出油到蓄能器。

2.2 重新設(shè)計(jì)制造2 個(gè)獨(dú)立的液壓油站

為保證液壓系統(tǒng)穩(wěn)定工作，在液壓油箱上安裝油溫強(qiáng)制風(fēng)冷機(jī)，使得液壓油溫度保持基本恒定。

1 個(gè)液壓站負(fù)責(zé)為新增的1 對(duì)鋸弓液壓平衡油缸、鋸帶張緊裝置、進(jìn)料端2 組水平夾緊裝置、1 組垂直壓緊裝置；出料端1 組水平夾緊裝置、1 組垂直壓緊裝置、坯料翻出裝置提供液壓動(dòng)力，主液壓站液壓原理如圖1 所示。每1 組水平夾緊裝置的1 對(duì)油缸內(nèi)徑和行程分別為Ф125×60 mm 和Ф100×870 mm，布置在一側(cè)的大缸徑短行程的油缸先停止定位，另一側(cè)的小缸徑長(zhǎng)行程的油缸夾緊坯料后再停止，小缸徑油缸的推力小于大缸徑油缸的推力，小油缸始終推不動(dòng)大油缸，所以大油缸的定位始終不變。

圖1 主液壓站液壓原理

另一個(gè)液壓站安裝在定尺機(jī)構(gòu)上隨動(dòng)，負(fù)責(zé)為新增的出料端自動(dòng)定尺機(jī)構(gòu)的2 個(gè)鎖緊油缸、擋板轉(zhuǎn)動(dòng)液壓油缸等提供液壓動(dòng)力，定尺機(jī)構(gòu)液壓站原理如圖2 所示。

圖2 定尺機(jī)構(gòu)液壓站液壓原理

2.3 重新設(shè)計(jì)制作定尺機(jī)構(gòu)

定尺機(jī)構(gòu)布置在出料端，定尺主體由定尺基座、直線導(dǎo)軌副、伺服驅(qū)動(dòng)（交流伺服電機(jī)+精密行星齒輪減速機(jī)等）、齒輪及齒條副、液壓鎖緊機(jī)構(gòu)、擋板旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等組成。

定尺機(jī)構(gòu)采用懸臂支架結(jié)構(gòu)，懸掛在出料輥道上部。伺服定尺機(jī)構(gòu)行走導(dǎo)軌和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在出料輥道一側(cè)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，且擋板在不工作時(shí)能夠升高離開輥道。

2.4 重新設(shè)計(jì)制作1 套鋸輪張緊穩(wěn)壓裝置

采用液控單向閥來(lái)達(dá)到鋸帶張緊時(shí)能夠保持穩(wěn)定運(yùn)行，不再出現(xiàn)鋸切過程中出現(xiàn)壓力波動(dòng)，鋸帶張緊力變化，造成鋸帶松動(dòng)而損壞鋸帶。

2.5 設(shè)計(jì)制作鋸切線前后密布小輥道

將靠近鋸切線前后兩端的大輥道更換成電動(dòng)的密布小輥道，輥道速度與原輥道速度匹配，輥道之間間隙為10 mm，以便輸送短的式樣。進(jìn)出料輥道均為動(dòng)力輥道，采用鏈輪、鏈條傳動(dòng)+擺線針輪減速機(jī)總成，可根據(jù)需要正反轉(zhuǎn)，變頻調(diào)速。

2.6 重新設(shè)計(jì)制作吸屑風(fēng)道及吸屑風(fēng)口

拆除原設(shè)備的吸屑風(fēng)道及吸屑風(fēng)口，重新設(shè)計(jì)制作吸屑風(fēng)道及吸屑風(fēng)口。拆除原設(shè)備的取樣小車，在這個(gè)位置設(shè)計(jì)制作吸屑風(fēng)道及吸屑風(fēng)口，并在鋸帶主動(dòng)輪盒下方增加一個(gè)新的吸風(fēng)口，設(shè)置在鋸弓上隨鋸弓上下移動(dòng)，風(fēng)道彎道處可拆卸，方便對(duì)風(fēng)道進(jìn)行清理疏通，改善吸屑效果。

2.7 重新設(shè)計(jì)制作夾具系統(tǒng)。

拆除原設(shè)備進(jìn)料端的1 組水平夾緊虎鉗及懸掛式送料虎鉗機(jī)構(gòu)。在進(jìn)料端增設(shè)1組垂直壓緊裝置（安裝在原設(shè)備用于安裝水平送料虎鉗的支架上）及2 組水平夾緊裝置（1 組安裝在靠近鋸切線位置，另1 組安裝在靠近進(jìn)料端擋塊附近），這2 組水平夾緊裝置用于鋸切多根坯料時(shí)，以便水平對(duì)齊，保障鋸口斷面不是斜面（鋸口斷面與輥道中心線垂直），虎鉗開口度0～880 mm。

出料端增設(shè)一組水平夾緊裝置，確保鋸切長(zhǎng)料時(shí)，鋸口斷面不是斜面，保留原垂直壓緊裝置。

鉗口板面均采用發(fā)泡硬橡膠材料層，具有一定硬度且受壓時(shí)能產(chǎn)生一定的變形，保護(hù)坯料表面不受損壞。

2.8 重新設(shè)計(jì)制作出料端的坯料收集裝置

拆除原設(shè)備出料端的坯料傾倒裝置，設(shè)計(jì)制作在輥道下端翻出的裝置，采用液壓油缸驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)，連桿機(jī)構(gòu)分為2組，可以聯(lián)動(dòng)，也可以單獨(dú)動(dòng)作，每組由2 支油缸驅(qū)動(dòng)。收集短坯料時(shí)使用1 組即可，收集長(zhǎng)坯料時(shí)同時(shí)使用2 組。

2.9 電控部分

電控部分新增PLC控制系統(tǒng)與原PLC 具有通信功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，將原有程序修改后一起共同精準(zhǔn)控制。將新增部分控制系統(tǒng)、改造部分控制系統(tǒng)的功能與原控制系統(tǒng)整合、優(yōu)化。

3 實(shí)用效果

經(jīng)過3 年多的生產(chǎn)運(yùn)行，改造效果很好，得到了鋸床操作工的好評(píng)。效果主要體現(xiàn)在以下8 個(gè)方面：

（1）鋸弓進(jìn)給機(jī)構(gòu)負(fù)荷大大減輕。進(jìn)給機(jī)構(gòu)伺服電機(jī)的工作電流從≥15 A 降到≤5 A，絲桿磨損減小。

（2）消除鋸弓快速下降的安全隱患。增設(shè)2 支平衡油缸，消除因伺服電機(jī)出現(xiàn)故障以及鋸弓快速下降的安全隱患。

（3）提高定尺精度。長(zhǎng)度誤差從2～15 mm 減小到0～3 mm。

（4）鋸口斷面得到大大改善。由于進(jìn)出料端均增加水平夾緊裝置，進(jìn)料端增加壓緊裝置，鋸口斷面不再成斜面。

（5）短料運(yùn)輸。鋸切線前后兩端的大輥道，改成密布小輥道，短料能順利通過，不再掉落。

（6）吸屑效果大大改善。吸屑率由原來(lái)的不到70%提升到≥90%。

（7）鋸帶壽命大大延長(zhǎng)。鋸切過程中鋸帶張緊力穩(wěn)定，鋸帶壽命大大延長(zhǎng)。改造前1 條鋸帶只能使用3 d，改造后能用7 d。

（8）出料端的坯料收集狀況得以改善。坯料收集快速、方便、安全，且長(zhǎng)料和短料都便于收集。