新型桥壳圆头加工设备双头锯床研制与应用

陈义柱

（方盛车桥（柳州）有限公司，广西 柳州 545006）

在汽车车桥桥壳加工工程中，“割两头”工序是为了切割桥壳两头多余的材料，留适当余量给后工序“镗双头”加工。经调研分析传统的火焰切割设备，因为切割精度低、稳定性差，导致后工序“镗双头”加工余量大，成为生产线的瓶颈工序。此外火焰切割工艺会产生大量的割渣和烟尘，岗位烟尘浓度超出国标室内烟尘浓度标准，严重影响工人身体健康。

本文提供一钟锯切加工方式，并研制一套双头锯切设备，以达到消除火焰切割产生的烟尘，提升“割双头”工序加工精度、稳定性，能改善工人工作环境和有效提升整线产能。

1 加工零件分析

如图1所示，以桥壳缺口尺寸D为基准定位基准轴，夹具夹紧桥壳左右方截面，加工桥壳左端L1尺寸及右端L2尺寸。原加工工艺采用火焰切割工艺，将桥壳吊装上火焰切割专机，定位销贴紧桥壳缺口边缘定位基准轴，卷尺确定L1、L2尺寸，人工点燃、调节火焰切割的割焰，按电机启动按钮，电机旋转带动火焰割枪旋转360°切割桥壳圆头，切割完毕按停止按钮，吊桥下切割专机，人工清理干净割渣，该工序加工完毕。原加工设备如图2所示。

图1 桥壳加工示意图

图2 原加工设备图

此种加工工艺产生大量的割渣粘附在桥壳圆头内腔，需要耗费大量的时间人工清理割渣，切割产生大量的切割烟尘污染车间室内环境；火焰切割设备的加工精度为±3 mm[3]，后工序因加工余量不稳定成为生产线瓶颈工序，火焰切割设备手工作业用时145 s，自动送用时122 s，属于单人单机加工模式，浪费企业用工成本。

2 新加工工艺分析

根据此道工序加工特点，将火焰切割加工工艺更改为锯床锯切的加工方式。新工艺锯切的过程为电机带动锯条，锯条以攻进的速度将桥壳圆头余料锯断。桥壳的材料为510L GB/T3273-2005，材料抗拉强度为470～670 MPa，硬度为17～23 HRC，属于锯切加工性能良好的材料。经切割试验，锯床切割外径150 mm，内径120 mm的空心圆钢的加工时间为181 s，满足产线生产节拍的需求。

锯床锯切加工属于冷加工工艺，加工时基本不会改变原材料的金相组织和力学性能，加工过程只产生少量的锯切铁屑，切屑不会粘附在桥壳圆头内腔，使用气枪可以轻松清理干净，因此使用锯床锯切工艺代替火焰切割工艺是可行的。

3 双头锯床研制[2]

为了实现锯切加工工艺，必须研发一台满足产线节拍、图纸精度要求的双头锯床设备。

双头锯床设备主要包括：底板装置、工作台装置、GB4235带锯床、电气控制系统。该设备主要用于锯切桥壳两端圆头多余的物料，双头锯床通过PLC控制开口夹气缸定位桥壳，然后液压钳口夹紧固定桥壳，抱紧气缸拉动GB4235带锯床到L1、L2尺寸位置，GB4235带锯床攻进锯切桥壳两端圆头，锯切完毕锯床各动作自动回到原点。双头锯床设备总体结构示意图如图3所示。

图3 新双头锯床机构示意图

3.1 锯床底板装置

锯床底板装置主要作用是承载、定位、锁死GB4235带锯床。锯床底板本体采用3 600mm*1 900 mm*40mm的整块板材加工，可保证双头锯床设备精度、承载能力及可加工性，由于单台GB4235带锯床重量约1 500 kg，且桥壳不同产品左右端L1、L2加工尺寸范围为0～200 mm，所以选用DA65*1400型号的导轨副和BSE80*400型号的抱紧气缸。锯床底板装置工作原理：PLC控制电磁阀通、断电，抱紧气缸拉动两台GB4235带锯床沿直线导轨副方向移动，通过硬限位螺杆定位GB4235带锯床，GB4235带锯床移动到位，抱紧气缸内置锁紧装置自动锁死，确保加工尺寸L1和L2稳定。锯床底板装置机构示意图（左右对称）如图4所示。

图4 锯床底板结构示意图

3.2 锯床工作台[4]

锯床工作台装置主要作用是承载、定位、夹紧桥壳。中分机构是工作台的核心部件，决定设备的加工精度和一致性，因此中分机构采用标准开口夹气缸组成，该气缸采用齿轮齿条结构，能同步张开、闭合，气缸结构紧凑、行程大、重复定位精度高。工作台装置工作原理：PLC控制电磁阀通电，开口夹气缸同步涨开定位桥壳缺口尺寸D，然后两个液压钳口夹紧桥壳方截面，实现对桥壳的定位、夹紧。工作台装置机构示意图如图5所示。

图5 工作台结构示意图

3.3 G B4235带锯床

GB4235带锯床是市场上标准的带锯床，GB4235带锯床自带控制系统、切屑冷却系统、液压系统。双头锯床设备使用2台GB4235带锯床用于锯切桥壳左右两端圆头，需要将液压钳口夹具拆除装在锯床工作台。

3.4 电气控制系统

电气控制系统由PLC、电磁阀、接触器、开关电源、大口径开口夹气缸、抱紧气缸等构成。电气控制采用三菱FX3U系列可编程控制器，可靠性高，由编程收集各限位、动作开关信号协调控制各个相关动作的自锁互锁及报警提示。控制方式分为自动循环和单点手动。

3.5 双头锯床设备加工步骤

步骤为：（1）人工用KBK将桥壳放入夹具上→（2）按循环启动按钮→（3）涨芯中分机构自动涨开定位→（4）设备两头液压钳口自动夹紧桥壳方截面→（5）GB4235带锯床通过导轨滑块快速定位到切割点→（6）锯条快进到离工件10mm高点位置→（7）锯条改为攻进切割工件→（8）废料自动排出→（9）切割完后GB4235带锯床自动快速退回原点→（10）设备两头夹具机构自动松开→（11）涨芯中分机构自动松开→（12）人工用KBK吊车取下工件。

双头锯床设备实物图如图6所示。该设备可以实现桥壳左右端圆头同时加工，加工总共用时242 s，满足整线节拍要求，其中手作业用时38 s，自动循环用时204 s，由于极大缩短手作业时间，可以将该工序并到前工序，实现1人双机加工模式，有利于企业减员增效。该设备的加工稳定性高，精度为±1 mm，可以确保后工序加工余量稳定，提高后工序的加工效率。加工工件实物及锯切面图如图7所示。

图6 双头锯床实物图

图7 加工工件实物及锯割面图

4 结束语

该设备成功研制和加工工艺实施说明：此类采用火焰切割加工零件两端余料工序，通过锯床锯切加工工艺代替火焰切割加工工艺，可以消除火焰切割产生的割渣和烟尘，改善车间室内工作环境，减少工人的清渣难度。新型双头锯床采用PLC控制系统[1]，提升设备加工精度、稳定性，可以极大缩短手作业时间，提升设备自动化能力，减轻劳动强度，对于企业改善工作环境和减员增效有重要的指导意义。