多切口锯切组合锯装置的锯切参数的确定

高海云　姚映涵　姚平喜

1.太原理工大学机械工程学院　2.山西经济管理干部学院　3.精密加工山西省重点实验室



多切口锯切组合锯装置的锯切参数的确定

高海云1,2姚映涵1,2姚平喜1,3*

1.太原理工大学机械工程学院2.山西经济管理干部学院3.精密加工山西省重点实验室

摘要：针对某公司对方管下料的特殊要求，设计了一台新型的多头锯组合装置，实现8个切口的高效高质量加工。运用金属切削力学理论与方法，对圆锯机锯切过程的力能参数进行计算。计算过程中考虑了锯切时的结构参数、运动参数，以及金属的塑性变形参数等，得到锯切过程的平均锯切力和平均锯切功率等参数值。经现场加工证实，该装置可实现对45°多切口的锯切，不仅满足了产品的加工精度，提高了生产效率，还使产品具有了明显的比较优势。

影响圆盘式金属冷锯机锯切过程的因素较多，如：被锯切金属的机械性能、锯切温度、断面形状、锯齿齿形、锯片厚度、夹盘直径与锯片直径之比、锯切位置、锯切速度、进给速度、锯齿冷却制度、减振措施等等。锯切速度和进锯速度是运动参数，当其它条件一定时，合理选择运动参数，可以达到锯切力和锯切功率小、锯切生产率高、锯切断面质量好和锯片寿命长的目的。在锯切过程中，常因锯切速度和进给速度的选择不当，致使锯屑充满和被压实在锯齿齿槽中，排不出去，形成所谓“塞齿”现象。这种现象使锯切力急剧增长，从而引起锯齿折断甚至锯片破裂[1]。

我们这里通过具体的工程实例，对金属冷锯机锯切进行分析。

1　多切口锯切组合锯简介

钢管广泛应用于结构件中，它具有强度高、韧性好、承载能力大，抗冲击性和严密性好，可塑性好，便于焊接和热加工等优点。图1所示为某公司钢制托盘的支腿示意图。支腿采用方管焊接而成。以前外围框架采用把方管锯切成45°斜口再组焊成型的方式，存在焊接工作量大，焊后外形不美观需要修磨等缺点。

图1　支腿示意图

对于方管，如果只将横截面的三个边切断，第四条边保持连接（如图2所示），再沿切口处对方管进行弯折，形成所需的框架形状。每一个弯折处不需要像传统那样进行四面焊接。这样既减少了切割时间，节省了焊接时间，减少了修磨时间，保持了外形的美观，还提高了支腿的承载能力。

对图2所示工件，要对8个切割面进行快速、有效、准确的切割，还要保证尺寸精度，锯切精度等问题就比较困难。如何才能高效快捷地把8个锯切面高精度地按要求切割，更好地满足生产需要，是本设计中要重点考虑的。

图2　方管锯切示意图

经过第二代产品的试制试用，最后决定采用两次双向锯切方式。如图3所示为方案图。

图3　单层两次双向锯切方式

2　锯切参数的确定

2.1切削力的分析

锯片形式与被锯材料不同，其切削机理也不同，对于金刚石锯片切割岩石的锯切过程，主要以磨削模型分析受力[3]。而对于高速钢锯片锯切金属材料，则按切削模型分析受力[4]。在切削过程中，金属材料变为切屑沿前刀面排出，形成加工表面。在这个过程中，刀具不仅要克服摩擦阻力，还需要克服材料内部的作用力，如图4 所示为单齿的受力示意图。

图4　切削时锯齿受力示意图

本锯在对方管锯切时，锯与方管相对运动如图5所示。锯切时工件固定不动，锯切过程是由锯片的旋转和锯片的进给两个独立的运动复合而成。

图5　锯切示意图

锯切时，同时参与的锯齿数随行程的变化而变化，一般进给速度不变，因此锯切力是变化的，需要求出最大锯切力，由此确定其他参数。

2.2切削参数

2.2.1锯片速度

锯片直径是按照欲加工件的最大尺寸确定的，D=300mm，锯片速度按照切削线速度，取 n=200(r/min)。

2.2.2切深

切深与进给速度有关，进给速度则按照生产大纲的要求，每分钟加工2件，取进给速度为：20mm/s

2.3功率的计算

刘培锷等[5～6]根据现场实验与理论计算相结合，通过实测数据总结得出四种轧件的平均锯切功率回归公式，为金属冷锯机锯切功率理论计算提供了依据，填补了国内对锯切功率计算空白。可用来粗略的知道现场生产的生产数据，而且也为类似问题研究提供了方法，基于冷锯机的实验提出了计算公式：

式中：——为总传动效率 ，一般约为0.85；

N1 ——锯切金属的功率；

N2 ——夹锯功率；

N3——空载功率，约等于0.15 N1。

按文献[2,5～6]所列公式，计算得到驱动功率1.7KW，实际选取2.2KW。

3　锯切效果分析

金属锯切是原材料切断下料的重要工序，高速钢锯片圆锯机以较高切削效率和较高切削精度，特别是其经济性被广泛用于批量锯切下料。本文针对某公司对方管下料的特殊要求，设计了一台新型的多头锯组合装置，通过两次装夹定位，实现8个锯口的高效高质量加工。新设备的投产，大大提升了产品品质。

由于选择功率较大，实际使用时，进给速度适当提高还可满足要求，只是对夹紧力要增大一些。另外针对设备的使用中需要2人操作的问题，正试图增加自动取料机械手减少操作人员，提高效率。

4　结论

论文运用金属切削力学理论与方法，对圆锯机锯切过程的力能参数进行计算。计算过程中考虑了锯切时的结构参数、运动参数，以及金属的塑性变形参数等，得到锯切过程的平均锯切力和平均锯切功率等参数值。经现场加工证实，参数确定合理，可实现对45°多切口的锯切，不仅满足了产品的加工精度，提高了生产效率，还使产品具有了明显的比较优势。

参考文献

[1]刘培锷,M.SarWar.运动参数对圆盘锯锯切过程的影响[J].重型机械，1990(3)：42～47.

[2]林学杰.圆锯机锯切金属过程力能参数计算研究[D].长沙：中南大学，2012.

[3]周灿丰，张宝生，曹建树.锯切力仿真与锯切参数选择[J].金刚石与磨料磨具工程，2002（5）：45～47.

[4]谭心，黄虎，陈琳.圆锯片锯切H型钢过程分析及齿形参数优化[J].制造业自动化，2014（12）：69～72

[5]刘培锷．圆盘式高速金属冷锯机锯切功率实验研究[J]．重型机械，1995（6）：11-18

[6]刘培锷．圆盘式高速金属冷锯机锯切功率计算[J]．重型机械，1996（2）：30-34.

高海云（1975-），女，硕士研究生，讲师，研究方向为机电一体化技术

通讯作者：姚平喜（1963-），男，博士，教授，研究方向为流体传动与控制，机电一体化技术等

作者简介

关键字：组合锯 锯切参数 多切口