夹片锯削加工专用锯床设计

张晓东　赖玉活　李　健　李　新　李志敏　支凯宁

(①广西科技大学机械工程学院，广西 柳州545006；②柳州市数控机床研究所，广西 柳州545007)



夹片锯削加工专用锯床设计

张晓东①赖玉活②李健①李新①李志敏①支凯宁①

(①广西科技大学机械工程学院，广西 柳州545006；②柳州市数控机床研究所，广西 柳州545007)

夹片的锯削加工是夹片生产过程中的关键工序之一，现有的锯削加工方法存在不能连续锯削和加工效率低等问题。通过分析夹片的结构特点和加工工艺，提出了一种可连续锯削的加工方法。以此加工方法为基础，设计了一种夹片锯削加工专用锯床。详细介绍了该专用锯床的总体结构及工作原理，并对其关键技术进行了研究。该专用锯床提高了锯削加工效率，降低了劳动力成本和强度。

夹片；专用锯床；连续锯削；夹具

夹片是预应力锚固体系结构中主要的承载力执行部件之一。在各类桥梁、边坡治理、基坑支护、水电大坝、高层建筑、超重超大构件提升、桥梁转体等领域的工程施工中, 都会用到大量的锚具和夹片[1]。锚具夹片主要有两片式、两片四开式和三片式，两片式夹片在实际工程中得到了广泛的应用。

两片式夹片的锯削是一道重要的加工工序，传统的加工方法是将夹片装夹到带有一字排开的锥形安装凹槽的简易工装上，利用通用金属带锯床进行锯削加工，然后人工卸料。该方法需要人工不停地操作锯床和装卸工件，不能进行连续锯削，人工劳动强度较大，辅助加工时间长，加工效率低，且一人一机，劳动力成本高。针对上述情况，结合两片式夹片的结构特点和工艺要求，设计了一种锚具夹片锯削加工专用锯床，以降低人工劳动强度和劳动力成本，提高加工效率，实现一人多机。

1　夹片的结构特点和工艺分析

如图1所示为两片式预应力锚具夹片的结构图。锚具夹片的结构形状是外轮廓为圆锥台，内部结构为非标的内螺纹和1:10的内锥面，材料为20CrMnTi，表面渗碳硬化处理，硬度60～64 HRC，该材料具有良好的加工性，加工变形微小，抗疲劳性能好，能够满足工作夹片的工作条件和使用要求[2]。

两片式夹片的加工流程主要经过以下工序[1]：下料→挤压外锥面→钻内孔、铰孔→冲字→车小端面、外锥(含槽)、内锥、倒角→攻丝→锯开→热处理→滚砂→包装。其中锯削加工工序是将加工成型的夹片锯切成中心对称的两片，锯削槽宽为1.5 mm(破口)，传统的锯削流程为：人工装夹→带锯床锯条进给锯削→带锯床锯条退刀→人工卸料，锯削需要不停地进刀、退刀和卸料，不能够进行不间断地锯削。因此，需要通过更新锯切设备的结构形式来实现“人工上料→工件自动夹紧定位进给→自动锯削→自动落料”的连续锯削工艺。

2　专用锯床总体方案

2.1专用锯床总体结构

锚具夹片锯削专用锯床作为一种自动化程度较高的专用机床，具有一般加工机床的共性。根据两片式锚具夹片的结构特点和连续锯削的工艺要求，设计的夹片锯削专用锯床的总体结构图如图2所示，主要由底座、主切削装置、带锯条导向装置、转盘式进给夹具、冷却系统及电控箱等组成。这种总体结构布局的主要特点有：其一，主切削装置只做周转运动；其二，主切削装置(主切削运动)与转盘式进给夹具(进给运动)分别独立驱动；其三，进给方式为旋转式自动持续进给。

机床的主切削装置和转盘式进给夹具安装于底座上，为减少锯削刀具(带锯条)掉齿和拉齿，主切削装置安装面倾斜于底座水平面一个角度α，该角度α大小根据夹片外锥面与轴线夹角大小而定。冷却系统集成于底座箱体内，使得机床整体结构更加紧凑[3]。

2.2专用锯床的连续锯削过程

夹片连续锯削过程如图3所示，机床启动，主切削装置中的主轴转动带动带锯条直线运动，人工将夹片不断地放置到转盘式进给夹具的锥形凹槽内，夹片跟随转盘式进给夹具旋转进入到锯削位置，并与带锯条接触，带锯条刀刃对夹片有一个主切削力(方向与主切削运动方向一致)的作用，且锥形配合具有自锁功能，夹片被夹紧进行锯削，锯削完成后的夹片继续跟随转盘式进给夹具旋转，在夹片重力的作用下自动落料，完成锯削过程。此过程刀具(带锯条)固定切削运动 ，工件进给切削，保证了连续切削的要求。

3　设计中的关键技术

3.1主切削装置的设计

主切削装置是夹片锯削专用锯床的核心功能部件之一，主要完成对工件的主切削运动。如图4所示，主切削装置主要包括锯架、电动机、减速机、主动锯轮、带锯条、从动轮和带锯条张紧机构[4]。

电动机是主切削运动的动力源，动力通过蜗轮蜗杆减速机传递到主动锯轮，电动机和减速机采用直联的方式，空心输出轴的减速机和主动锯轮通过阶梯轴相连，动力传递效率高。带锯条是主切削装置的刀具，其切削运动通过带锯轮的旋转带动而实现，根据被加工工件的结构特点、材料属性和文献[5]推荐，刀具选择双金属带锯条，规格为27 mm×0.9 mm-5/8Rt,在锯削夹片时带锯条锯切速度为Vs=70 m/min。锯架是整个主切削装置的支承机构，由优质钢板切割成形焊接而成，具有足够的刚度。为了能够使带锯条正常切削，工作前需要对带锯条进行预张紧，该功能通过张紧机构来实现[4]。

3.2转盘式进给夹具的设计

进给运动是机床的基本运动之一，对机床的加工质量及生产效率有直接的影响[6]。夹具是用于实现工件的准确定位、夹紧、刀具导向以及装卸工件时的限位作用的[7]。传统的普通金属带锯床是采用手动式或液压式类虎钳机构夹紧定位工件，工件不动，液压油缸加导向立柱驱动安装有金属带锯条的锯架直线进给，进给方式为液压无级调速。这种夹紧定位进给方式需要不停地夹紧定位、进刀、退刀和卸料，效率低，不能满足不间断切削的工艺要求。

转盘式进给夹具是夹片锯削专用锯床的重要组成部件，不仅承担着工件的定位功能，而且可以完成工件的进给运动。如图5所示为夹片锯削专用锯床转盘式进给夹具的结构图，它主要由主动转盘式进给夹具总成、被动转盘式进给夹具总成和安装座三大部分组成。双级蜗轮蜗杆减速机选用空心输出轴的结构形式，主动半轴安装于减速机空心轴内，并与主动转盘体通过螺钉连接组成主动转盘式进给夹具总成；被动转盘式进给夹具总成采用悬臂式结构，被动半轴轴头端通过成对圆锥滚子轴承固定在轴承座上，被动转盘体与被动半轴法兰端由螺钉固联。主动转盘体和被动转盘体的轴线在同一条直线上，且两转盘体相对端面之间留有间隙，主切削装置中的带锯条从该间隙穿过。两转盘体外圆面上均匀布置有锥形凹槽，工件安装到锥形凹槽中被夹紧定位，由电动机传动到主动半轴的动力经工件传递到被动半轴，从而形成了一个完备的动力传动链，同时实现了工件的定位夹紧和进给[8-10]。

4　结语

设计了一种用于锚具夹片锯削加工工序的专用机床，该机床主切削装置带动刀具(带锯条)旋转，被夹紧定位的工件跟随转盘式进给夹具连续进给锯削，实现了刀具固定，工件持续进给的连续锯削，有效地减少了加工辅助时间，提高了加工效率，降低了劳动力强度和成本。该专用锯床已成功应用于生产实践中，并取得了良好的效益。

[1]冯志君,丁黎光,戴小标.夹片自动上料机构设计[J].机械设计与制造,2008(10):50-51.

[2] 潘秀秀,杨屹,杨刚,等.工作夹片的锻造工艺数值模拟分析[J].锻压技术,2015,40(3):11-15.

[3] 冯金云.气缸座三面四工位精镗孔、铣端面组合机床设计[J].组合机床与自动化加工技术,2011(10):81-83.

[4] 韩斌.金属切削带锯床设计的若干问题研究[D].杭州：浙江工业大学,2012.

[5] 潘伯松,梁利华,张元祥，等.金属切削带锯床设计理论与方法[M].北京:清华大学出版社,2013.

[6] 罗静,赵勇,龚文均，等.摩托车曲轴箱孔系钻铰多面加工专用机床设计[J].机床与液压,2014(42)2:14-16.

[7] 闫海鹏,王建国,肖楠.加工中心床头箱箱体双面镗孔组合机床设计[J].组合机床与自动化加工技术,2015(1):138-141.

[8] 王启平.机床夹具设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1996.

[9] 机械设计手册委员会.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,1991.

[10] 吴小邦.机床夹具结构设计及方案构思原则[J].制造技术与机床,2012(6):138-142.

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Design of special sawing machine tool for clip with sawing process

ZHANG Xiaodong①, LAI Yuhuo②, LI Jian①, LI Xin①，LI Zhimin①，ZHI Kaining①

(①School of Mechanical Engineering, Guangxi University of Science and Technology, Liuzhou 545006,CHN;②Liuzhou Research Institute of CNC Machine Tool, Liuzhou 545007,CHN)

The sawing process of the clips is one of the clips of the key working procedure in the process production, the existing way of sawing process can’t continuous cutting and process efficiency is low. A kind of continuous sawing processing method was proposed by analyzing the structural characteristics and processing technology of the clip. Based on this processing method, a kind of special sawing machine tool for clip with sawing process was designed. Introduces in detail the overall structure and working principle of the special sawing machine tool, and its key technologies were studied. The special sawing machine tool improves the machining efficiency and reduces labor costs and intensity.

clip; special sawing machine tool; continuous sawing; fixture

TH122；TG56

B

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.07.012

张晓东，男，1989年生，硕士研究生，主要研究方向为数控机床的开发与研究。

(编辑谭弘颖)(2015-11-30)

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