牛興坤，張志軍，王樹榮，張 杰，柴 娜

(1.沈陽理工大學機械工程學院，遼寧沈陽110159;2.燕山大學建筑工程與力學學院，河北秦皇島066004)

用于各種天然石材、寶石、玻璃、硅晶體、石英晶體等硬脆材料的多線切割技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的，其以較高的加工精度和加工效率等優(yōu)勢，得到了迅速的發(fā)展［4］。

目前，日本TAKATORT公司的MWS-3020產(chǎn)品、瑞士M＆B公司的DS261-DS264系列產(chǎn)品，在國內(nèi)外使用廣泛，但是價格昂貴［5］。國內(nèi)許多院校和科技公司也研究開發(fā)了系列多線切割機，但大部分只能用于科研。

本文針對我國中小機床廠的特點，利用液壓傳動的諸多優(yōu)點，研究設(shè)計了一種多線液壓切割機床，為此類機床的發(fā)展開辟了一個新的方向。

1 機床的主要技術(shù)參數(shù)

最大工件毛坯尺寸(mm):800×800×800

金剛石線鋸(mm):SD170/200PA5Φ1

線鋸長度(km): 48

線鋸最多條數(shù)(條): 20

2.1 堅持實事求是，與時俱進的工作方式方法。實事求是我們黨一貫的工作準則。當前形勢下，思想政治教育工作應(yīng)當針對國有企業(yè)職工隊伍思想變化，克服脫離客觀實際的教育方式方法，要善于抓住主要矛盾，把思想政治教育工作與企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營工作緊密結(jié)合起來，滲透到企業(yè)經(jīng)營、管理各方面，理順職工思想情緒，提高職工大局意識，使思想政治教育的效果體現(xiàn)在企業(yè)決策、執(zhí)行、管理等環(huán)節(jié)。同時，把握好分寸，做好思想政治教育工作與職工的切身利益相結(jié)合，全心全意為人民服務(wù)，辦實事，從根本上解決職工的合理訴求，改善職工生活中遇到的困難，促使職工把心思全身心的放到經(jīng)營生產(chǎn)中來，提高企業(yè)的工作效率。

板材最小加工厚度(mm): 10

工作臺進給速度(mm/min):5～15

最大走線(移動)速度(m/min):1000

工作臺尺寸(mm): 1000×1000

2 機床結(jié)構(gòu)布局與工作原理

天然石材多線液壓切割機床的結(jié)構(gòu)見圖1所示。該機床是由四大部分組成:床身與支撐機構(gòu);走絲機構(gòu);工作臺及進給系統(tǒng);液壓控制系統(tǒng)。

圖1 機床結(jié)構(gòu)

床身與支撐機構(gòu)由立柱1、橫梁8、主動端支架3、從動端支架13等組成。走絲機構(gòu)由導(dǎo)向輪(2、7、9、11)、供線輪 4、卷線輪 12、張緊輪(6、10)，液壓彈簧等組成。

走絲機構(gòu)的工作原理:在工作臺實現(xiàn)進給之前，液壓彈簧先壓緊張緊輪6和10;卷線輪12和供線輪4再先后啟動，卷線輪12帶動支撐在導(dǎo)向輪上的走絲線由左向右進行切割運動;當走絲線完成石材的切割后，供線輪4和卷線輪12反向轉(zhuǎn)動，將走絲線重新繞在供線輪4上。

走絲機構(gòu)的技術(shù)要求:在石材切割時，卷線輪12先轉(zhuǎn)動，供線輪4后運轉(zhuǎn)，二者間隔時間1～3秒;液壓彈簧壓緊張緊輪時，張力隨外載荷的變化而變化，使切割狀態(tài)保持穩(wěn)定。

機床的工作原理:當走絲機構(gòu)正常工作后，石材安裝在工作臺，并按切削效率的高低和加工質(zhì)量的好壞設(shè)定進給量，工作臺帶動石材實現(xiàn)向上的進給;走絲線完成對石材的切割并至終了;工作臺向下快速運動到起點位置;同時供線輪和卷線輪反向轉(zhuǎn)動，將走絲線重新繞在供線輪上，等待下一次的石材切割。

3 液壓系統(tǒng)設(shè)計

液壓控制系統(tǒng)在工作時應(yīng)滿足:走絲線在切割過程中的自動張緊;供線輪和卷線輪在啟動時的先后轉(zhuǎn)動;保證工作臺的平穩(wěn)向上進給和快速返程運動。

3.1 液壓系統(tǒng)的組成

液壓系統(tǒng)由工作臺的升降液壓缸、二個張緊液壓彈簧、二個液壓馬達、二個比例節(jié)流閥、五個三位四通電磁換向閥、一個單向調(diào)速閥、二個減壓閥、一個溢流閥、三個液控單向閥、一個壓力繼電器等元件組成。以實現(xiàn)金剛石線鋸的張緊、卷線輪和供線輪的運轉(zhuǎn)及工作臺的平穩(wěn)進給運動。液壓控制系統(tǒng)如圖2所示(見下頁)。

3.2 液壓系統(tǒng)的工作原理

①走絲線在切割過程中，液壓系統(tǒng)中液壓油通過14和15、12和13實現(xiàn)液壓彈簧10和9伸出，壓緊張緊輪;

②換向閥18和比例節(jié)流閥21動作，驅(qū)動葉片馬達23帶動卷線輪12轉(zhuǎn)動。相隔1～3秒后減壓閥17、換向閥19和比例節(jié)流閥20動作，驅(qū)動葉片馬達22帶動供線輪4轉(zhuǎn)動;

③當走絲線正常運動后，換向閥5、調(diào)速閥7、液控單向閥6動作控制液壓缸8帶動工作臺實現(xiàn)工作進給和快速返程運動。

4 基于Ansys下的整機動態(tài)特性研究

圖2 液壓系統(tǒng)圖

該切割機床工作臺做向上進給運動，走絲機構(gòu)不做上下運動，整機在切割過程中不同模態(tài)的固有頻率比較低。因此，用Ansys軟件只研究機床的前十階陣型。頻率與振幅如表1所示(見下頁)。

各階陣型的振動狀態(tài):第1階陣型沿X方向整體振動，第2階陣型沿Z軸方向整體振動，第3階陣型沿Z軸方向扭轉(zhuǎn)振動，第4階陣型是從動端支架沿Z軸方向振動，第5階陣型是X軸方向振動和Y軸方向振動，第6階陣型是主動端支架沿Z軸方向扭轉(zhuǎn)振動，第7階陣型是主動端安裝棍輪的外部底座部分沿Z軸方向局部振動，第8階陣型是橫梁的扭轉(zhuǎn)振動，第9階陣型是從動端支架外部的護板、橫梁、主動端外部支架發(fā)生局部扭轉(zhuǎn)振動，第10階陣型是從動端支架外部的護板沿Z方向局部振動。

給出整機模態(tài)的第3階和第8階陣型(圖3、圖4)，表1給出整機模態(tài)前十階的陣型參數(shù)，圖5給出整機的總體應(yīng)變狀態(tài)。由圖3可看出，X方向最大變形量出現(xiàn)在主動端支架下側(cè)安裝棍輪的外底座處，變形量為0.0406mm;最大應(yīng)力出現(xiàn)在主動端支架和立柱結(jié)合處，其值為0.017GPa。

圖3 整機模態(tài)的第3階振型圖

圖4 整機模態(tài)的第8階振型圖

由圖4可以看出，沿Z方向的最大變形位于內(nèi)測橫梁中部，其值為0.329mm。由圖5可以看出，最大變形位置在內(nèi)側(cè)橫梁中間區(qū)域，變形值為0.361mm。

圖5 整機總體應(yīng)變圖

表1 整機模態(tài)前十階的陣型參數(shù)

5 結(jié)論

1)機床加工過程中，張緊力能自動隨負荷的變化而實現(xiàn)壓力的自動調(diào)節(jié);

2)在切割加工過程中，液壓馬達隨負載的變化實現(xiàn)流量自動調(diào)節(jié);

3)走絲機構(gòu)由雙液壓馬達驅(qū)動，其結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速范圍大，且可實現(xiàn)無級調(diào)速;

4)第3階陣型是橫梁沿X軸方向扭轉(zhuǎn)振動，影響前橫梁和左前立柱的接觸剛度;第8階陣型是橫梁沿Z軸方向振動，影響橫梁的剛度。整機的最大變形發(fā)生在前橫梁的中部內(nèi)側(cè)。

機床可配備溝槽不同寬度的輪系，以適合切割不同厚度的薄板。

［1］中川平三郎.用金剛石線鋸高速高精度切割加工天然大理石［J］.超硬材料工程，2006，18(6):42-47.

［2］陳冀渝.新型超薄石材切割機［J］.石材，2006，18(6):35-36.

［3］王培磊.金剛石框架鋸結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.濟南:山東大學，2009.

［4］高偉，劉鎮(zhèn)昌，王霖.硬脆材料的線鋸切割加工技術(shù)［J］.工具技術(shù)，2001，35(11):6-9.

［5］王琮.多線切割機的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢［J］.電子工業(yè)專用設(shè)備，2008，37(11):11-15.