防刺穿钢鞋衬底加工工艺及专用床身设计

2021-08-24张良

现代制造技术与装备 2021年7期

张良

（江阴职业技术学院机电工程系，无锡 214405）

1 技术背景

防护鞋分为安全防护鞋和劳保防护鞋。防刺穿防护鞋是安全防护鞋的一个种类，用于保护足底，防止足底被各种尖硬物件刺伤。高规格的防刺穿防护鞋先在鞋底加入一层钢板衬底，然后采用聚氨酯材料注模成型。

防刺穿防护鞋的鞋底加入了一层防刺穿用的钢板，其衬底图样如图1所示。钢板的形状与鞋底相同，尺寸略小于鞋底。该防护鞋钢鞋底的加工，长期以来都是使用中高速线切割或冲床一次加工成型。但是，中高速线切割的加工速度慢，影响生产效率。冲床一次加工成型的加工效率虽高，但是还需要对冲料的边缘进行修毛边、倒角等二次加工处理，综合效率仍有待提高。近年来，随着激光加工机床的普及，越来越多的企业开始使用激光切割设备来加工钢鞋底，并选用吸盘式机器人进行下料转移和收纳方面的操作。该加工流程同时采用了激光切割和专用机器人设备，虽然生产效率高，但是前期投入成本很高，影响了该加工流程的普及和推广[1]。在计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）上画出钢鞋衬底的1:1图纸，然后用ProNest将画出的dwg文件处理生成相应的单切程序，再把这些单切程序通过和数控切割机配套使用的ProNest软件在固定规格的钢板上排列起来生成数切程序，并拷入数控切割机进行自动化切割。ProNest套料图和模拟切割路径分别如图2和图3所示。

图1 防刺穿钢鞋衬底图样

图2 ProNest套料图

图3 ProNest模拟切割路径

2 钢鞋衬底的套料工艺分析

套料是一种在有限的材料上尽可能多地使用材料，以提高材料利用率，减少废料的一种加工方法。钢鞋衬底采用计算机软件（如ProNest 2017）进行套料的生产。它先

根据ProNest套料分析，可拟定加工方案为激光切割加工。通过生产类型、生产计划、加工节拍以及各类加工手段的设备成本等数据，分析单个零件的综合加工成本，从而达到高效低耗的生产目的。

3 专用机床方案设计

专用机床设计方案有两种：方案一是从零开始设计激光切割机床的各部分结构，以满足钢鞋衬底的下料加工、工序间零件转移和收纳等要求；方案二是钢鞋底的下料加工采用常规的激光切割单元，仅针对钢鞋底的工序间零件转移和收纳等要求设计专用床身。其中，方案二需要核算成本做进一步分析。

两种方案针对机床上料、加工和下料的床身结构设计，主要设计上、下料工序的工装，一般情况下不考虑加工时的夹具。

4 床身设计

4.1 承托型激光切割机床身设计

现阶段市售的激光切割机床均为固定床身，床身上固定有若干横梁，横梁上安装有可以拆卸的钢条，被加工原材料放置于钢条上由激光头切割[2]，如图4所示。切割完成的部分由下料机构整理后转移至下一道工序等待后续加工。

图4 承托型激光切割机床身设计

本设计拟从床身底部下料，即在本工序加工完成的零件需要通过床身往下转移，因此需要钢条部分能够移动或转动，并露出足够的空隙使零件落下。

普通激光切割机的床身台面呈长方形，内有若干一字形钢做成的横梁。横梁上每间隔3 cm左右开有若干槽口，槽口中安装有钢条，钢条向上加工成锯齿状。钢条之间的间隔有利于加工后的废料落下，向上的锯齿状钢条和加工板材之间的接触为点接触，避免了加工时激光对板材承接结构的过度破坏[3-4]。由于单面向上的锯齿状钢条可更换，若长时间加工后锯齿受到激光加工破坏而影响板材衬托，因此可以根据需要随时更换承托钢条。