曹洪宇，唐佳軒，王永鵬，王躍斌，王馨延

（大連海洋大學(xué)，遼寧 大連 116014）

0 引言

在老式鋸床當(dāng)中沒有送料系統(tǒng)是被淘汰的主要原因，GB4228 雙立柱龍門臥式帶鋸床是一種典型的切割設(shè)備，它使用金屬帶鋸條作為切割工具來切割金屬材料，主要用于黑色金屬的鋸切也可用于有色金屬和非金屬材料的鋸切。其具有切口較小，在同類產(chǎn)品當(dāng)中效率較高，能耗比較低，材料浪費(fèi)少等特點(diǎn)，是一種高效節(jié)能、材料節(jié)約的切割設(shè)備[1]。但其數(shù)控性能欠缺，在具體運(yùn)用中存在手工進(jìn)料的操作便捷性差，安全性欠缺，精度低等弊端。改造送料系統(tǒng)可以使工件的耗材更小，節(jié)省成本，節(jié)省大量資源，在提高工作效率的情況下減輕工人的勞動強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本，節(jié)約社會資源。

我院在金工實(shí)習(xí)、數(shù)控實(shí)習(xí)及熱處理實(shí)習(xí)教學(xué)中頻繁使用GB4228 雙立柱龍門臥式帶鋸床進(jìn)行毛坯下料與試樣準(zhǔn)備工作，其送料系統(tǒng)的自動化改造尤為必要。本次改造過程中就將針對GB4228 雙立柱龍門臥式帶鋸床的缺點(diǎn)進(jìn)行改造在改正缺點(diǎn)的情況下，保留原有的優(yōu)點(diǎn)。使其在今后的生產(chǎn)中發(fā)揮更加巨大的作用。

1 改造結(jié)構(gòu)工作與原理

被改造的送料系統(tǒng)主要由工件夾緊機(jī)構(gòu)、承料架、液壓系統(tǒng)、電液控制系統(tǒng)組成。其中工件的夾緊機(jī)構(gòu)采用液壓推進(jìn)和絲桿相結(jié)合的夾緊方式，可選擇設(shè)置夾緊力度，防止夾壞工件，通過這種方式可夾緊不同材質(zhì)的工件毛坯。按鈕操作在小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了工件的夾緊與松開。也可用手動來調(diào)節(jié)夾緊程度可實(shí)現(xiàn)了按照不同加工情況調(diào)整不同的松緊程度，從而使工件加工更加簡便，如圖1 所示。在實(shí)際加工當(dāng)中，為確保加工工件的重量與尺寸在鋸床的承載能力范圍內(nèi)，將鋸床所能切割的直徑限制在500 mm 以內(nèi)。保證它在切割過程當(dāng)中不會出現(xiàn)拒夾或超出切距范圍內(nèi)的情況。承料架的組成是由滾輪、支架、軸承座及軸承等部件按照一定結(jié)構(gòu)順序裝配而成。在使用時，承料架必須與主工作臺平行，中心線也應(yīng)與夾緊鉗座的中心線保持一致，以確保正常的切割精度，避免了改造之后精度下降的問題。在滿足使用要求的基礎(chǔ)上，盡可能地提升承料架的載重能力，使其可以加工更具有重量的毛坯。

圖1 工件進(jìn)料虎鉗

由于液壓推進(jìn)的重量較輕、體積較小，在同等條件下所占的體積小，所以選擇液壓系統(tǒng)作為改進(jìn)后的推進(jìn)系統(tǒng)。由于液壓系統(tǒng)的慣性小，在停止或改變運(yùn)動方向時，不會造成太大的沖擊，從而影響精度。采用油脂零件可相對自行潤滑，使得使用壽命大大增加；實(shí)現(xiàn)了工件軸向移動，保證傳動平穩(wěn)，使每次的移動距離可以調(diào)整；確保了重復(fù)工作時每次的長度一致，以及在工作中每次可設(shè)置不同的長度。采用液壓夾緊可有效地減少夾緊時間，及控制夾緊力度，夾緊程度可由人為選擇后再給定，如圖2。

圖2 軋輥支撐機(jī)構(gòu)

選用電液控制的方式控制整個進(jìn)給系統(tǒng)。合理設(shè)置控制面板，并對進(jìn)給速度和夾緊的程度進(jìn)行細(xì)致的設(shè)置，最后給尺寸進(jìn)行準(zhǔn)確的給定，確保其穩(wěn)定性，液壓泵在傳導(dǎo)時與液壓馬達(dá)之間通過油管進(jìn)行傳導(dǎo)，在空間布置上彼此不會重合且沒有嚴(yán)格限制，使得控制面板與液壓系統(tǒng)相互之間工作不干涉?？蓪?shí)現(xiàn)電液控制的相互輔助，方便快速加工節(jié)約時間。液壓系統(tǒng)的前進(jìn)與后退速度可在控制面板中控制，并可在發(fā)生危險時執(zhí)行緊急停止。

在整個加工過程中首先將所需要的參數(shù)輸入進(jìn)控制臺，由控制臺來控制整個操作過程其在自動化條件下完成。在參數(shù)輸入完畢后需要人為在周圍觀察，確保沒有因參數(shù)失誤造成的工業(yè)事故，從而減少錯誤的發(fā)生。設(shè)置鋸切長度、數(shù)量等，首先機(jī)械回歸固定原點(diǎn)。啟動自動運(yùn)行，送料虎鉗松開。送料虎鉗后退到達(dá)確定長度后送料虎鉗夾緊，主虎鉗松開。送料虎鉗向前送料及達(dá)到最前端后停止，主虎鉗夾緊。主電機(jī)、冷卻電機(jī)啟動后鋸架進(jìn)行切割，同時送料虎鉗松開、后退到達(dá)確定長度后送料虎鉗夾緊。鋸架切割完成后上升，主虎鉗松開自動切換到下一個“自動循環(huán)”或停止。在這個過程中，機(jī)床可隨時由人為停止，避免因機(jī)床操作失誤運(yùn)轉(zhuǎn)所造成的損壞，減少不必要的損失，可以使機(jī)床由自動控制轉(zhuǎn)交為人工控制后，由人工自主操作。在總體設(shè)計時需注意具體的控制操作數(shù)值，并在安放材料、監(jiān)視設(shè)備及搬運(yùn)廢料的應(yīng)用內(nèi)容上，保證整體工序的完整狀態(tài)。設(shè)計參數(shù)須將視距條件設(shè)定在250 ～1500 mm 區(qū)間內(nèi)，并在工作人員站立操作的前提下，與工作臺面間保持適當(dāng)?shù)木嚯x。而這種任務(wù)視距，也會在不同的任務(wù)要求條件中，表現(xiàn)出明顯的差異化狀態(tài)。例如在控制操作與數(shù)值的視距管理上，須將視野直徑控制在400 ～600 mm，并使視距條件保持在250 ～350 mm。而對于防止材料的視野直徑，則應(yīng)當(dāng)固定在800 mm 上，并將500 mm 作為視距標(biāo)準(zhǔn)，將其作為實(shí)際視距的最高值。另外，在監(jiān)視機(jī)器與搬運(yùn)廢料的控制中，則相對較為寬松，可在保證最低距離條件的基礎(chǔ)上，根據(jù)操作人員的實(shí)際情況，對視距與視野上限進(jìn)行控制，如圖3。

圖3 送料系統(tǒng)三維示意圖

2 改造后機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)

改造后的機(jī)床有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）對送料系統(tǒng)自動化改造相比較于購買新機(jī)床節(jié)省60%左右的費(fèi)用，特別在大型以及特殊專用設(shè)備的換新與改造的價格對比更為明顯。將GB4228 帶鋸床與GZK4228 自動數(shù)控帶鋸床的售價對比，GB4228帶鋸床為1.95 萬元，GZK4228 的售價為3.7 萬元，差額為1.75 萬元。在節(jié)省大量資金的前提下達(dá)到了數(shù)控鋸床的加工水平。

（2）性能穩(wěn)定可靠，在原機(jī)床的設(shè)備基礎(chǔ)上不改變原有機(jī)床的結(jié)構(gòu)完成送料系統(tǒng)改造，幾乎沒有因為影響應(yīng)力的變化從而影響精度。因沒有改變原機(jī)床，從而沒有破壞原機(jī)床本身的應(yīng)力。在改造過程中也不需要將原有鋸床拆下來進(jìn)行改造不會因拆裝造成精度的下降，也不會造成應(yīng)力的改變。在整個改造過程中，并不會打擾其余設(shè)備的使用，也不會因改造所造成周圍的使用空間下降。

（3）提高生產(chǎn)效率。機(jī)床的送料自動化改造后方可實(shí)現(xiàn)加工過程的自動化，與傳統(tǒng)機(jī)床相比，工作效率顯著提高3～5 倍，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備的時間，減輕了勞動力強(qiáng)度。

（4）機(jī)床的主要傳動采用電動機(jī)為動力，蝸輪箱為變速系統(tǒng)的傳動方式。進(jìn)給傳動采用液壓式傳動，改變了原有手動與液壓助力的混合式夾緊的工作方式，實(shí)現(xiàn)自動進(jìn)料，使操作更便捷，安全性更高。減少了勞動，從原先的體力加腦力勞動改為現(xiàn)在的腦力勞動。由于改變原有的手動工作方式，使得準(zhǔn)確度與加工的精度提高，減少了廢料出現(xiàn)的可能性，也保證了整個過程在一個安全的情況下進(jìn)行。

（5）改進(jìn)后的機(jī)床是一種全新的設(shè)備（包括所有外購的液壓部件、電氣部件和其他部件等），具有更加合理的結(jié)構(gòu)，可靠性、耐久性和穩(wěn)定性也有了一定程度的提高。在不改變原有鋸床結(jié)構(gòu)的前提下，進(jìn)一步延長了使用壽命和使用效率，擁有了更多的空間與時間。使得改造后的產(chǎn)品可以使用更多的年限，降低了生產(chǎn)成本與設(shè)備的購買成本。

（6）結(jié)合國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)，與實(shí)際生產(chǎn)使用設(shè)計鋸床的經(jīng)驗相結(jié)合進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計，并在整個改造過程中采用了大量的高新技術(shù)，達(dá)到符合國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)水平。從而使得這款鋸床可以發(fā)揮更大的作用，使這款鋸床煥發(fā)出新的生命力，擴(kuò)展了它的使用范圍。

（7）產(chǎn)品的設(shè)計、制造以及配套部件的選擇符合國內(nèi)外工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和電工標(biāo)準(zhǔn)，使其擁有較強(qiáng)的通用性，所有計量單位均采用國際單位制。選擇與國際接軌，提高改造后的適用性能與應(yīng)用的廣泛程度。在加工不同國際單位的工件時，可選擇不同的尺寸標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了適應(yīng)不同國際標(biāo)準(zhǔn)與生產(chǎn)環(huán)境的方式，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

（8）充分考慮后期維修的便利性和空間。在改造過程中就留出足夠用于后期維修的空間，以提高鋸床的后期維修的便利性，做到簡便易于修理，不易損壞，便于拆裝與二次安裝。盡量延長其使用壽命，做到降低損耗概率，減少安裝所需空間，減少占地面積，提高空間利用率，確保不會因空間問題導(dǎo)致無法安裝。

3 結(jié)語

傳統(tǒng)的金屬帶鋸床由于自動化程度不高手動操作步驟較多，造成安全水平過低，在送料系統(tǒng)自動化改造之后，操作系統(tǒng)的改變和操作的界面減少了人員的操作步驟，符合人機(jī)工程的要求做到了舒適、干凈整潔。提高了機(jī)床的加工效率和自動化水平，減少了因操作失誤造成的事故，并顯著提高了安全性能。機(jī)床的送料自動化改造是技術(shù)創(chuàng)新與技術(shù)改造的結(jié)合，這是一個改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和發(fā)展創(chuàng)新項目，突出重點(diǎn)與整體相結(jié)合，把安全生產(chǎn)作為技術(shù)改造的重點(diǎn)任務(wù)。在當(dāng)代大量老式鋸床淘汰同時，我們將科技與自動化相結(jié)合，本產(chǎn)品就是將一種老款機(jī)床改造，在本次改造成功之后，將本次機(jī)床的改造經(jīng)驗引入對其他鋸床的改造之中，對大批即將浪費(fèi)的社會資源進(jìn)行合理的二次利用，為國家早日實(shí)現(xiàn)碳中和貢獻(xiàn)一部分力量。

近年以來隨著各種新式機(jī)床引入市場，市場上還存在著大量老式機(jī)床面臨淘汰，對老式機(jī)床的改造代表了一種全新的前進(jìn)方向，這將為國家節(jié)省大量的資金，為社會節(jié)省大量的資源，甚至可以說提供一定數(shù)量的工作崗位，必將成為一個時代的產(chǎn)物。