半球形金屬件專用可調帶鋸床夾持裝置的設計

王述強，楊慶輝，熊雪峰

（中國工程物理研究院材料研究所，四川江油 621907）

0 引言

帶鋸床廣泛應用于各類金屬材料和部件的切割作業，具有切割解體效率高、經濟性好等特點。然而，目前市售的帶鋸床出廠標準配置中的夾持工裝基本以平直大開口的液壓平口鉗為主，僅適用于板件、棒件及具有規格型面工件的切割夾持，對于異形件沒有配套專用的夾持工裝，若采用現有夾具勢必會增加切割難度和安全風險，同時難以達到工藝要求。在實際工作中，遇到不同尺寸的半球形金屬件的徑向鋸切加工，對切割下料尺寸精度和下刀準直性要求較高，需要保證加工過程中工件的位置及角度穩定性，設備現有的平口鉗夾具無法滿足這類鋸切夾持任務。本設計的目的在于克服現有技術及設計的不足，提供一種帶鋸床用半球形金屬件專用可調夾持裝置的設計方案，具有定位速度快、鋸切效率高、尺寸控制精度良好等優點。

1 裝置設計與工作過程

1.1 裝置設計

如圖1所示，該裝置主體由吊裝機架、固定支架、鋸切槽、端頂板、壓料板、定位板、前后支撐塊等零部件構成。其中，壓料板1、拉緊螺桿2、六角螺母3及定位螺釘18、定位板19共同構成軸向固定機構；頂緊螺釘8、壓塊10、上拉螺釘12、旋轉壓塊13、前支撐塊14、下支撐塊15、下支撐軸16構成徑向固定機構；定位螺釘18和定位板19可構成鋸切調整機構。此外，壓塊10和帶鋸床液壓平口鉗配合使用時還可保證鋸切槽與鋸條始終處于同一垂直面內，防止誤切夾持裝置。

圖1 帶鋸床用半球形金屬件專用可調夾持裝置[1-5]

此外，為了安全高效地提拉空心半球形工件，還專門設計了弓形吊裝組件裝置，如圖2所示。其主要結構包括直接固定工件的上壓緊頭5、下壓緊頭6，主體結構弓形架4及壓緊頭間距調整機構壓緊螺釘1和上壓螺母2。

圖2 空心半球形工件專用吊裝裝置[1-5]

1.2 工作過程

上述夾持裝置可與大多數市售帶鋸床配套的液壓平口鉗配合使用。以空心半球形工件為例，工作時，首先根據所需鋸切位置及角度，通過調節定位板、定位螺釘及六角螺母來預設鋸切槽寬度與定位板位置。其次，使用弓形吊裝組件將工件吊裝平穩放置于夾持裝置內，其圓弧端朝壓料板方向、平面端朝定位板方向，下端則落在下支撐塊上。借助輔助用水平尺，進一步微調定位板及定位螺釘來確定工件最終放置形態。在此基礎上，旋緊拉緊螺桿使壓料板初步固定待鋸切工件的軸向位置，然后調節壓塊上的六角螺母以提升旋轉壓塊，使其通過杠桿作用向下頂住工件以固定徑向位置。對于實心半球形工件，還需通過旋緊固定支架兩側共4個頂緊螺釘以進一步固定工件徑向位置。完成上述固定工序后，通過吊車將夾持裝置與工件吊裝至帶鋸床平口鉗中間，將夾持裝置兩端的壓塊卡入卡鉗上的凹口內，啟動設備液壓動力后平口鉗完成對夾持裝置的固定，便可進行鋸切工作。

2 設計特點

2.1 軸向固定與鋸切調整機構

該部分機構如圖3中陰影部分所示，具有穩定半球形工件軸向或水平位置，以及在一定范圍內調整工件軸向鋸切位置和徑向鋸切角度的功能。通過同時調節拉緊螺桿和定位螺釘可實現壓料板與定位板的水平位移，涉及的螺釘及支撐部件采用較高強度的不銹鋼和06Cr19Ni10合金，可承受較大的應力作用，足以緊固工件軸向位置。壓料板內側加工有弧形內槽面，用于貼合工件球頂球面，有利于更好地固定工件。必要情況下需以一定角度鋸切工件時，對拉緊螺桿和定位螺釘進行不同距離的微調，可實現壓料板及定位板的傾斜度（如圖3（b）），現有設計可在-18°～＋18°范圍內轉動）調整，且操作過程方便快捷。

圖3 可調夾持裝置俯視圖及側視圖[1-5]1.壓料板 2.拉緊螺桿 3.定位板 4.定位螺釘5.壓料板弧形內槽面

2.2 徑向固定機構

如圖4中陰影部分所示，徑向固定機構主要由緊固螺釘和旋轉壓塊及底部支撐塊構成，利用向下壓緊力和側、底部支撐力的協同作用將工件徑向位置有效固定。把工件放置在下端支撐塊上后，通過上旋上拉螺釘使旋轉壓塊下壓，并通過杠桿作用向下頂緊工件，從而固定其徑向或垂直位置。鋸切過程中，工件因受到來自鋸條的較大切向應力而易發生轉動，通過調節4 個不同方向的不銹鋼頂緊螺釘，可有效緊固工件。綜上所述，徑向固定機構可通過較為便捷的調整方式從8 個不同徑向方向固定工件。圖5所示為本文設計的帶鋸床用半球形工件徑向鋸切專用夾持裝置的實物圖。

圖4 可調夾持裝置A-A和B-B視圖[1-5]

圖5 可調夾持裝置實物圖（E向俯視）

2.3 工件快速吊裝

弓形吊裝裝置的設計是為了安全高效地實現空心半球形工件的快速吊裝。結合圖2和圖6可知，對于具有一定厚度的空心半球形工件，通過旋轉壓緊螺釘可在較大尺寸范圍內調節上、下壓緊頭之間的間距，將裝置卡在工件平面端內、外面兩側，旋緊壓緊螺釘進行緊固，提拉吊環螺釘后可通過上、下壓緊頭及弓形架之間的杠桿作用力卡住工件，并保證其平面端幾乎以垂直方向進行吊裝和轉運，操作過程方便快捷。結合實物圖可看出，該裝置總體采用不銹鋼和06Cr19Ni10合金材料，結構簡單、可靠性好，配合上述徑向鋸切夾持裝置可顯著提高類似厚重金屬工件的鋸切效率。

圖6 空心半球形工件吊裝裝置吊裝示意圖及實物圖

3 結語

針對目前市場上帶鋸床尚未配套異形金屬工件的專用鋸切夾持工裝的現狀，本文提出了一種帶鋸床用半球形金屬件專用可調夾持裝置的設計，旨在減少勞動強度、提高鋸切精度，在保證操作安全性的同時提高相關生產效率。該裝置基于簡單合理的結構設計與工程應用，通過軸向與徑向多角度載荷進行工件的固定，可有效解決平口鉗夾具處理半球形工件時遇到的問題、降低安全風險。通過安全便捷的調節，可快速完成半球形工件的位置與角度定位，實現較高的鋸切精度。針對性地設計了空心半球形工件的快速吊裝裝置，基于簡單結構與操作過程，配合半球形工件徑向鋸切夾持裝置可大幅提高同類厚重金屬工件的鋸切效率與安全性。

上述裝置在實際使用過程中效果顯著、全部達到了預期目標，可有力保障相關生產加工任務的順利完成。后續將進一步針對球形、橢球形、變徑柱狀體等異形件開展夾持裝置的改進和優化設計，提高裝置的通用性。若結合數控改造將裝置嵌入帶鋸床程控系統中，可進一步實現裝置的自動化控制與使用。