论文部分内容阅读
摘要：设计了一种高精度自动定尺装置，其精度高，减少了工人操作，提高了产品的长度合格率，降低了产品长度不稳定性，达到客户要求的同时还提高了生产效率，取得了较好的经济效益。
关键词：金属锯床;高精度;自动定尺;设计
0 引言
随着社会进步与发展，铝型材在社会生活的各个领域中应用得越来越广泛[1]。型材截面向着异型化、大型化等方向发展，对后续深加工的尺寸精度、外观要求也越来越高。在铝型材生产过程中，需要根据用户的要求，将铝型材切割成一定的长度，便于运输和使用。一般情况下，用户对长度以及公差有明确的要求，如果在切割过程中长度控制不好，将出现很多废材，日积月累，将给生产厂家带来不小的损失。因此，如何在生产过程中精确控制切割的长度就显得非常重要。
以往的铝型材定尺装置基本都是人工测量定尺长度，定尺精度低、工人操作不方便等，均会造成产品质量不稳定、生产效率低等问题。另外，随着工业铝型材对定尺精度要求进一步提高，对各类产品的精度要求也越来越高，研发一种自动化程度高、定尺精度高、工人操作方便、质量可靠的定尺装置显得尤为必要[2]。
1 金属锯床的定尺装置
1.1 金属锯床简介
随着现代装备制造业朝着经济、高效和高精度的方向发展，金属锯切作为金切加工的起点，已成为零件加工过程中的重要环节。金属锯床是一种常见的金属件加工设备，是以圆锯片、锯带或锯条等为刀具，锯切金属圆料、方料、管料和型材等的设备。金属锯床主要有立式和卧式两种。立式带锯床的锯架垂直设置，切割时工件移动，用以切割板料和成型零件的曲线轮廓，还可把锯带换成锉链或砂带，进行修锉或打磨。卧式带锯床的锯架水平或倾斜布置，沿垂直方向或绕一支点摆动的方向进给，以保持锯齿与工件垂直。
金属锯床锯切材料有很多优点：第一，金属锯床可设计自动化送料、下料、测量、出料，大大减少了人工成本的支出;第二，金属锯床加工精度高，具有稳定的加工质量;第三，金属锯床可以节约材料，减少二次加工量，从而大幅提高劳动生产效率。因此，金属锯床已广泛应用于钢铁、石油、矿山、汽车、造船、航空航天等国民经济各领域[3-4]。金属锯床主要部件有底座、床身、立柱、锯梁和传动机构、导向装置、工件夹紧机构、张紧装置、送料架、液压传动系统、电气控制系统、润滑及冷却系统，图1是一种典型的卧式锯床结构图。
1.2 金属锯床中传统定尺装置的缺陷
图1中料长挡块实际上就是锯床定尺装置。传统的定尺装置存在一定的问题：首先物料在传送装置的作用下运动，当物料的一端与定尺装置接触的瞬间，物料对定尺装置上的缓冲部分进行撞击，这种撞击会造成物料定位不准等问题，直接影响定尺的精度，而且当定尺装置确定出某一长度距离时，需要人工操作定尺装置内的锁死结构将定尺装置的移动部分锁死，以确保该长度不会发生变化。这种方式一方面需要每次人工设定尺寸，存在操作烦琐的问题，并且尺寸精度存在波动，不适合大批量生产使用;另一方面，当定尺装置确定某一长度距离后，测量装置无法及时反馈，待剪工件的剪切动作延后，所切割的工件尺寸不准确。
2 高精度自动定尺设计方案
2.1 高精度自动定尺装置设计方案[5]
为了克服传统定尺装置的缺陷，设计了一种高精度自动定尺装置，其主视图如图2所示。高精度自动定尺的技术方案为：包括主体架，主体架上安装有导向轴和移动座，移动座沿着导向轴的方向运动，导向轴末端设置有止定螺杆，移动座上设有传动螺母和与传动螺母相配合的传动螺杆，移动座上还安装有气缸和与气缸的连接头相铰接的定尺摆动杆，气缸通过驱动连接头运动，同时带动定尺摆动杆转动。定尺摆动杆上连接行程传动杆，行程传动杆上连接行程开关，传动螺杆的末端固定连接锁定轮和定长手轮，止定螺杆可转动并与锁定轮的凹槽相啮合，行程传动杆可与待剪铝型材相接触，移动座上安装电子尺，并在显示屏显示尺寸数值，行程开关通过数据线反馈信号至气缸并控制气缸的启停操作。
2.2 结构和工作原理[5]
高精度自动定尺的结构如图3和图4所示。其结构主要包括：主体架3，主体架3上安装有导向轴4和移动座5，移动座5沿着导向轴4的方向运动。导向轴4末端设置有止定螺杆13，移动座5上设有传动螺母11和与传动螺母11相配合的传动螺杆10，移动座5上还安装有气缸2和与气缸2的连接头14相铰接的定尺摆动杆8。气缸2通过驱动连接头14运动，带动定尺摆动杆8转动，定尺摆动杆8上连接行程传动杆9，行程传动杆9上连接行程开关12。行程传动杆9可与待剪工件1相接触，当待剪工件1输送至行程传动杆9处就会触发行程开关12并发出信号。传动螺杆10的末端固定连接锁定轮7和定长手轮6，止定螺杆13可转动并与锁定轮7的凹槽相啮合，即通过止定螺杆13卡住锁定轮7，从而达到限制传动螺杆10转动的目的，即移动座5停止运动，定尺装置移动至符合工艺要求设定的长度。移动座5上安装电子尺并在显示屏显示尺寸数值，行程开关12通过数据线反馈信号至气缸2并控制气缸2的启停操作，气缸2的控制系统接收到待剪工件1输送的信号后开始启动，当接收到待剪工件1输送至设定长度触动行程传动杆9进而触发行程开关12发出信号时，关闭气缸2将定尺摆动杆8退回待机位。此装置适合批量生产使用，每种剪切长度手动设定一次尺寸即可。
3 装置实际使用效果
将高精度自动定尺安装在锯床上，现场分别对7个规格的铝型材各测量20组数据，测量结果与误差数据如表1所示。可以看出，系统所测量的长度误差<5 mm，满足用户要求。经过为期一个月的测量验证，铝型材的长度合格率由原来的95%提升至98.8%，大大降低了铝型材的报废率。
4 结语
本文所述高精度自动定尺用于金属锯床中，其精度高，减少了工人操作，提高了产品的长度合格率，降低了产品长度不稳定性，满足客户要求，同时还提高了生产效率。设备运行半年多以来，自动定尺控制系统工作稳定、性能可靠。該项设计工程材料费用较低，取得了较好的经济效益。
[参考文献]
[1] 王平.浅谈铝型材锯切、冲压加工[J].科学与财富，2013（4）：112.
[2] 李耕，杨舒拉，孟春光.高精度自动宽度定尺机的设计与研制[J].山东冶金，2001，23（5）：43-44.
[3] 杨江.一种自动铝材锯床：CN205393663U[P].2016-07-27.
[4] 黄金发，陈贤生.金属带锯床人机工程设计研究[J].机械设计，2018，35（5）：126-128.
[5] 王志艺，余琳玲，吴斯忱.一种自动定尺装置：CN208728813U[P].2019-04-12.
收稿日期：2021-07-01
作者简介：王志艺（1977—），男，广东清远人，工程师，研究方向：机械。
关键词：金属锯床;高精度;自动定尺;设计
0 引言
随着社会进步与发展，铝型材在社会生活的各个领域中应用得越来越广泛[1]。型材截面向着异型化、大型化等方向发展，对后续深加工的尺寸精度、外观要求也越来越高。在铝型材生产过程中，需要根据用户的要求，将铝型材切割成一定的长度，便于运输和使用。一般情况下，用户对长度以及公差有明确的要求，如果在切割过程中长度控制不好，将出现很多废材，日积月累，将给生产厂家带来不小的损失。因此，如何在生产过程中精确控制切割的长度就显得非常重要。
以往的铝型材定尺装置基本都是人工测量定尺长度，定尺精度低、工人操作不方便等，均会造成产品质量不稳定、生产效率低等问题。另外，随着工业铝型材对定尺精度要求进一步提高，对各类产品的精度要求也越来越高，研发一种自动化程度高、定尺精度高、工人操作方便、质量可靠的定尺装置显得尤为必要[2]。
1 金属锯床的定尺装置
1.1 金属锯床简介
随着现代装备制造业朝着经济、高效和高精度的方向发展，金属锯切作为金切加工的起点，已成为零件加工过程中的重要环节。金属锯床是一种常见的金属件加工设备，是以圆锯片、锯带或锯条等为刀具，锯切金属圆料、方料、管料和型材等的设备。金属锯床主要有立式和卧式两种。立式带锯床的锯架垂直设置，切割时工件移动，用以切割板料和成型零件的曲线轮廓，还可把锯带换成锉链或砂带，进行修锉或打磨。卧式带锯床的锯架水平或倾斜布置，沿垂直方向或绕一支点摆动的方向进给，以保持锯齿与工件垂直。
金属锯床锯切材料有很多优点：第一，金属锯床可设计自动化送料、下料、测量、出料，大大减少了人工成本的支出;第二，金属锯床加工精度高，具有稳定的加工质量;第三，金属锯床可以节约材料，减少二次加工量，从而大幅提高劳动生产效率。因此，金属锯床已广泛应用于钢铁、石油、矿山、汽车、造船、航空航天等国民经济各领域[3-4]。金属锯床主要部件有底座、床身、立柱、锯梁和传动机构、导向装置、工件夹紧机构、张紧装置、送料架、液压传动系统、电气控制系统、润滑及冷却系统，图1是一种典型的卧式锯床结构图。
1.2 金属锯床中传统定尺装置的缺陷
图1中料长挡块实际上就是锯床定尺装置。传统的定尺装置存在一定的问题：首先物料在传送装置的作用下运动，当物料的一端与定尺装置接触的瞬间，物料对定尺装置上的缓冲部分进行撞击，这种撞击会造成物料定位不准等问题，直接影响定尺的精度，而且当定尺装置确定出某一长度距离时，需要人工操作定尺装置内的锁死结构将定尺装置的移动部分锁死，以确保该长度不会发生变化。这种方式一方面需要每次人工设定尺寸，存在操作烦琐的问题，并且尺寸精度存在波动，不适合大批量生产使用;另一方面，当定尺装置确定某一长度距离后，测量装置无法及时反馈，待剪工件的剪切动作延后，所切割的工件尺寸不准确。
2 高精度自动定尺设计方案
2.1 高精度自动定尺装置设计方案[5]
为了克服传统定尺装置的缺陷，设计了一种高精度自动定尺装置，其主视图如图2所示。高精度自动定尺的技术方案为：包括主体架，主体架上安装有导向轴和移动座，移动座沿着导向轴的方向运动，导向轴末端设置有止定螺杆，移动座上设有传动螺母和与传动螺母相配合的传动螺杆，移动座上还安装有气缸和与气缸的连接头相铰接的定尺摆动杆，气缸通过驱动连接头运动，同时带动定尺摆动杆转动。定尺摆动杆上连接行程传动杆，行程传动杆上连接行程开关，传动螺杆的末端固定连接锁定轮和定长手轮，止定螺杆可转动并与锁定轮的凹槽相啮合，行程传动杆可与待剪铝型材相接触，移动座上安装电子尺，并在显示屏显示尺寸数值，行程开关通过数据线反馈信号至气缸并控制气缸的启停操作。
2.2 结构和工作原理[5]
高精度自动定尺的结构如图3和图4所示。其结构主要包括：主体架3，主体架3上安装有导向轴4和移动座5，移动座5沿着导向轴4的方向运动。导向轴4末端设置有止定螺杆13，移动座5上设有传动螺母11和与传动螺母11相配合的传动螺杆10，移动座5上还安装有气缸2和与气缸2的连接头14相铰接的定尺摆动杆8。气缸2通过驱动连接头14运动，带动定尺摆动杆8转动，定尺摆动杆8上连接行程传动杆9，行程传动杆9上连接行程开关12。行程传动杆9可与待剪工件1相接触，当待剪工件1输送至行程传动杆9处就会触发行程开关12并发出信号。传动螺杆10的末端固定连接锁定轮7和定长手轮6，止定螺杆13可转动并与锁定轮7的凹槽相啮合，即通过止定螺杆13卡住锁定轮7，从而达到限制传动螺杆10转动的目的，即移动座5停止运动，定尺装置移动至符合工艺要求设定的长度。移动座5上安装电子尺并在显示屏显示尺寸数值，行程开关12通过数据线反馈信号至气缸2并控制气缸2的启停操作，气缸2的控制系统接收到待剪工件1输送的信号后开始启动，当接收到待剪工件1输送至设定长度触动行程传动杆9进而触发行程开关12发出信号时，关闭气缸2将定尺摆动杆8退回待机位。此装置适合批量生产使用，每种剪切长度手动设定一次尺寸即可。
3 装置实际使用效果
将高精度自动定尺安装在锯床上，现场分别对7个规格的铝型材各测量20组数据，测量结果与误差数据如表1所示。可以看出，系统所测量的长度误差<5 mm，满足用户要求。经过为期一个月的测量验证，铝型材的长度合格率由原来的95%提升至98.8%，大大降低了铝型材的报废率。
4 结语
本文所述高精度自动定尺用于金属锯床中，其精度高，减少了工人操作，提高了产品的长度合格率，降低了产品长度不稳定性，满足客户要求，同时还提高了生产效率。设备运行半年多以来，自动定尺控制系统工作稳定、性能可靠。該项设计工程材料费用较低，取得了较好的经济效益。
[参考文献]
[1] 王平.浅谈铝型材锯切、冲压加工[J].科学与财富，2013（4）：112.
[2] 李耕，杨舒拉，孟春光.高精度自动宽度定尺机的设计与研制[J].山东冶金，2001，23（5）：43-44.
[3] 杨江.一种自动铝材锯床：CN205393663U[P].2016-07-27.
[4] 黄金发，陈贤生.金属带锯床人机工程设计研究[J].机械设计，2018，35（5）：126-128.
[5] 王志艺，余琳玲，吴斯忱.一种自动定尺装置：CN208728813U[P].2019-04-12.
收稿日期：2021-07-01
作者简介：王志艺（1977—），男，广东清远人，工程师，研究方向：机械。