水平高速带锯床改造

曹世端，田怀前，吴厚华，高世举

（西南铝业（集团）有限责任公司，重庆 401326）

0 引言

高速带锯床是2007 年从德国进口，用于铝及铝合金棒材、管材、型材、带材的定尺锯切和取样。主要由龙门架、锯弓（含锯带驱动、张紧及导向装置等）、切割进给系统（由垂直方向的2 个直线导轨和2 个导向座、伺服电机及减速机和1 根滚珠丝杆、测量系统等组成）、定位和夹紧系统（移动夹紧、固定夹紧和向下压紧系统）、润滑系统（每个机构的润滑油注入系统和锯片的润滑系统）、液压系统、辊道输送装置、铝屑的吸收系统和电控系统等组成。

锯弓安装在Z 轴上，作为切割进给。移动夹紧系统安装在X轴，用于水平夹紧和输送铝材。固定夹紧也安装在X 轴，布置在切割通道的入口端。压紧系统用于向下卡紧成堆的铝材，布置在切割通道的出口端。

主要技术参数：集束后锯切铝材尺寸宽：50～700 mm，高30～800 mm；切割速度500～2800 m/min。

1 存在的问题及原因分析

（1）锯弓靠伺服电机驱动带动单根滚珠丝杆进给，当伺服电机出现故障，制动失效时，锯弓会随着丝杆的转动而快速下降且速度越来越快，存在安全隐患。

（2）定尺机构布置在进料端，长度超过2.5 m 以上的定尺，移动夹头（行程2000 mm）要往返多次才能完成，效率低，且定尺精度差，移动夹头往返次数越多，累计误差越大，一般是2～15 mm。

（3）锯切线前后的辊道间距大，短料容易掉落。

（4）吸屑口布置不合理，吸屑效果差，吸屑率不到70%，铝屑飞溅，造成设备周围环境差。

（5）因为出料端没有水平方向的夹紧，进料端仅有一组水平方向的夹紧，所以坯料易歪斜，锯口断面易成斜面，特别是一次锯切多根料时。

（6）锯切过程中锯带张紧力不稳定，造成锯带损坏。系统采用微型液压站系统（电机、泵、控制阀组、控制模块集成于一体），通过检测缸内压力变化控制电机转动（压力低限时启动，高限时停止），其压力值一直在一个区间内不停的变化，导致锯带在不断承受交变载荷，寿命急剧降低。

（7）出料端的坯料收集装置由2 个悬臂吊来升降，需要人工挂取吊带，导致不方便、不安全、效率低。

2 改进措施

2.1 重新设计制作锯弓平衡系统

根据锯弓自重（约6000 kg），采用液压油缸进行平衡，平衡锯弓自重的90%左右，达到减轻进给机构负荷，防止锯弓因进给机构发生故障时快速下落。

2 支平衡油缸分别安装在龙门立柱的侧面，通过铰链式连接方式与锯弓连接。油缸的有杆腔无油，下腔（无杆腔）与蓄能器连接，主要用于平衡锯弓的自重，减轻锯弓进给丝杆及伺服电机的负荷。当锯弓上升时平衡液压油缸下腔从蓄能器进油，当锯弓工作进给时平衡液压油缸下腔出油到蓄能器。

2.2 重新设计制造2 个独立的液压油站

为保证液压系统稳定工作，在液压油箱上安装油温强制风冷机，使得液压油温度保持基本恒定。

1 个液压站负责为新增的1 对锯弓液压平衡油缸、锯带张紧装置、进料端2 组水平夹紧装置、1 组垂直压紧装置；出料端1 组水平夹紧装置、1 组垂直压紧装置、坯料翻出装置提供液压动力，主液压站液压原理如图1 所示。每1 组水平夹紧装置的1 对油缸内径和行程分别为Ф125×60 mm 和Ф100×870 mm，布置在一侧的大缸径短行程的油缸先停止定位，另一侧的小缸径长行程的油缸夹紧坯料后再停止，小缸径油缸的推力小于大缸径油缸的推力，小油缸始终推不动大油缸，所以大油缸的定位始终不变。

图1 主液压站液压原理

另一个液压站安装在定尺机构上随动，负责为新增的出料端自动定尺机构的2 个锁紧油缸、挡板转动液压油缸等提供液压动力，定尺机构液压站原理如图2 所示。

图2 定尺机构液压站液压原理

2.3 重新设计制作定尺机构

定尺机构布置在出料端，定尺主体由定尺基座、直线导轨副、伺服驱动（交流伺服电机+精密行星齿轮减速机等）、齿轮及齿条副、液压锁紧机构、挡板旋转机构等组成。

定尺机构采用悬臂支架结构，悬挂在出料辊道上部。伺服定尺机构行走导轨和驱动机构安装在出料辊道一侧，可实现自动控制，且挡板在不工作时能够升高离开辊道。

2.4 重新设计制作1 套锯轮张紧稳压装置

采用液控单向阀来达到锯带张紧时能够保持稳定运行，不再出现锯切过程中出现压力波动，锯带张紧力变化，造成锯带松动而损坏锯带。

2.5 设计制作锯切线前后密布小辊道

将靠近锯切线前后两端的大辊道更换成电动的密布小辊道，辊道速度与原辊道速度匹配，辊道之间间隙为10 mm，以便输送短的式样。进出料辊道均为动力辊道，采用链轮、链条传动+摆线针轮减速机总成，可根据需要正反转，变频调速。

2.6 重新设计制作吸屑风道及吸屑风口

拆除原设备的吸屑风道及吸屑风口，重新设计制作吸屑风道及吸屑风口。拆除原设备的取样小车，在这个位置设计制作吸屑风道及吸屑风口，并在锯带主动轮盒下方增加一个新的吸风口，设置在锯弓上随锯弓上下移动，风道弯道处可拆卸，方便对风道进行清理疏通，改善吸屑效果。

2.7 重新设计制作夹具系统。

拆除原设备进料端的1 组水平夹紧虎钳及悬挂式送料虎钳机构。在进料端增设1组垂直压紧装置（安装在原设备用于安装水平送料虎钳的支架上）及2 组水平夹紧装置（1 组安装在靠近锯切线位置，另1 组安装在靠近进料端挡块附近），这2 组水平夹紧装置用于锯切多根坯料时，以便水平对齐，保障锯口断面不是斜面（锯口断面与辊道中心线垂直），虎钳开口度0～880 mm。

出料端增设一组水平夹紧装置，确保锯切长料时，锯口断面不是斜面，保留原垂直压紧装置。

钳口板面均采用发泡硬橡胶材料层，具有一定硬度且受压时能产生一定的变形，保护坯料表面不受损坏。

2.8 重新设计制作出料端的坯料收集装置

拆除原设备出料端的坯料倾倒装置，设计制作在辊道下端翻出的装置，采用液压油缸驱动连杆机构推动，连杆机构分为2组，可以联动，也可以单独动作，每组由2 支油缸驱动。收集短坯料时使用1 组即可，收集长坯料时同时使用2 组。

2.9 电控部分

电控部分新增PLC控制系统与原PLC 具有通信功能，实现数据共享，将原有程序修改后一起共同精准控制。将新增部分控制系统、改造部分控制系统的功能与原控制系统整合、优化。

3 实用效果

经过3 年多的生产运行，改造效果很好，得到了锯床操作工的好评。效果主要体现在以下8 个方面：

（1）锯弓进给机构负荷大大减轻。进给机构伺服电机的工作电流从≥15 A 降到≤5 A，丝杆磨损减小。

（2）消除锯弓快速下降的安全隐患。增设2 支平衡油缸，消除因伺服电机出现故障以及锯弓快速下降的安全隐患。

（3）提高定尺精度。长度误差从2～15 mm 减小到0～3 mm。

（4）锯口断面得到大大改善。由于进出料端均增加水平夹紧装置，进料端增加压紧装置，锯口断面不再成斜面。

（5）短料运输。锯切线前后两端的大辊道，改成密布小辊道，短料能顺利通过，不再掉落。

（6）吸屑效果大大改善。吸屑率由原来的不到70%提升到≥90%。

（7）锯带寿命大大延长。锯切过程中锯带张紧力稳定，锯带寿命大大延长。改造前1 条锯带只能使用3 d，改造后能用7 d。

（8）出料端的坯料收集状况得以改善。坯料收集快速、方便、安全，且长料和短料都便于收集。