摘要：开料机作为一种常用的机械设备在工业领域应用广泛，普遍应用于对各种标准原材料进行分割截断，以便获得我们所需的尺寸。比如说在锻造加工领域，我们需要对锻造棒料开料已获得相应直径长度的棒材进行锻造，在其他加工领域也会需要用到不同规格不同长度的棒料，为了能够方便、快捷、经济的得到这种所需长度的棒料，开料机的应用必不可少。在自动化生产应用领域，也可在自动开料末端配置自动上料机构，形成自动开料上料、上料、加工、下料、检测的一体化自动化设备，优势突出，应用广泛。
本设计的设备可以对不同规格及外形尺寸的棒料进行精确长度开料，通过对送料装置送料长度、锯片转速、进刀量的柔性控制，实现快速切料及换型，开料容量大、开料速度快、换型方便，可广泛应用于工业生产实际中。
关键词：金属 棒料 自动化 柔性 开料
一、整机布局设计
1.1结构布局
在设计之初我们首先要评估其质量、效率、成本方面的可行性及其合理性，作为一台自动化的棒料开料机，其机械结构应包含有切料机构、送料机构、夹具机构、切削收集机构、成品收集机构，再通过一些支架把这些机构串联起来，通过先进的电气控制技术可以轻松实现柔性化控制。
1.2安全性、可操作性布局
对所有运动部件要进行安全可靠的隔离和防护，对所有人工操作环节做到人性化设计，包括控制界面高度及角度、机架高度、放料架高度等，这些高度及人机界面的角度设置要充分考虑操作人员长期作业的舒适性，在对噪音的控制上应使设备的整机及机构噪音控制在85分贝以下，整机的运行维护检修工作应做到方便快捷。
二、切料机构
2.1锯片的选择
切料机构采用锯切的方式，金属棒料的锯片材料使用高速钢锯片（不镶嵌硬质合金刀头），其具有良好的淬透性、硬度、强度，耐热变形少，属于超高强度刚，且热塑性稳定适宜制造高档超薄锯片。根据夹具的大小（即棒料的开料截面面积）来选择锯片的大小，假设锯片直径为D，锯片夹持位支架为d，金属棒料最大开料直径A，那么就有：D/2-d/2>A；选择锯齿的齿数，一般来说齿数越多，在单位时间内切削的刃口越多，切削性能越好，但锯齿过密，齿间的容屑量变小，容易引起锯片发热；另外锯齿过多，当进给量配合不当的话，每齿的切削量很少，会加剧刃口与工件的磨擦，影响刀刃的使用寿命。厚度的选择锯片的厚度从理论上我们希望锯片越薄越好，锯缝实际上是一种消耗。合金锯片基体的材料和制造锯片的工艺决定了锯片的厚度，厚度过薄，锯片工作时容易晃动，影响切削的效果。选择锯片厚度时应从锯片工作的稳定性以及锯切的材料去考虑。齿形的选择常用的左右齿（交替齿），切削速度快，修磨相对简单。
2.2锯片转速的选择
锯切金属材料的锯片转速根据不同的金属材料选择不同的转速，一般按照车削速度的30-40%选择，如果选择的转速为3000r/min，选择交流电机的功率为3KW，确定此参数后可选择旋转动力头，应选择能够承受径向载荷大于切削所需最大载荷两倍的动力头；锯片安装方式设计应充分考虑锯片和转轴的垂直度和跳动。还有就是锯片的冷却，有效的冷却可以使得切削效果更好，锯片的使用寿命更长，可以采用喷淋乳化液的方式来冷却锯片。
2.3进刀量
锯片进刀方式选择伺服电机带动丝杆进刀，保证进刀参数柔性化；我们根据被切割材料的截面大小以及材料的韧性来选择其进刀的速度，一般来说截面及韧性大可以适当降低其进刀量，这样可以有效的保障锯片的使用寿命。
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为了保证切削的效率，锯片的运动范围应在保证正常切削及安全的前提下尽量最小，这样在锯片运动速度确定的情况下行程越短，时间也就越短，效率就越快。
2.4锯片的规范安装、使用及修磨
开料机的规范使用特别是锯片的规范使用对其使用寿命有很大的影响，这直接关系到锯片的使用寿命，一般在更换新锯片时要让新锯片和开料机有一个磨合的过程，磨合过程即在最初使用的10分钟内降低其进刀速度，等10分钟后再慢慢恢复其设定的进刀速度。
在安装锯片完成后，设备的主轴和夹板的尺寸及形位精度对使用效果有很大影响，按装锯片前要检查和调整。特别对夹板与锯片接触面影响夹紧力造成位移打滑的因素必须排除，在锯片安装完成后，应对锯片侧面的圆周进行打表检测，保证跳动范围值的合理；安装试运行后随时注意锯片工作情况，发生异常，如振动、嗓声、加工面走料情况，必须及时停机调整，并及时修磨，保持峰利；修磨锯片不得改变其原来角度，避免刀头局部骤热骤冷，最好请专业修磨；暂时不用之锯片要垂直吊挂，避免长时间平放，更不应将物堆压其上，刀头处要加以保护，不许碰撞；锯片的安装方式应充分考虑后期的更换要能够简单快捷的实现，我们在初次安装时会对锯片的安装基座进行打表安装，以保证精度，但这回花费许多时间，为节省更换锯片的调试时间，安装基座在初次调整固定后后期的重复定位精度要求要可靠。
三、送料机构
送料采用夹持送料方式，配合滚动滑轮导料，使得送料过程摩擦阻力小，伺服丝杆送料，送料可靠且精度高，参数可调换型方便，此结构注重送料夹具和切料夹具的平整一致性，保证其在切料夹具已经夹紧时，送料机构回位不至于产生对棒料的扭曲，由于棒料的长度较长，还应当制作独立的料架来支撑棒料，同时考虑到为降低棒料的放料操作难度，应当在料架上设定有一定量的料棒存储能力，方便操作人员上料。此套料架机构的设计主要考虑到原材料棒料的长度较长，如果送料架做成整体式结构的话运输会比较困难，加工成本较高，可以考虑做成分体式的结构，在每套分体式支撑送料机构上增加高度调节机构，消除安装基准面所带来的高度误差。
四、夹具机构
夹具机构的设计主要考虑夹具容量、夹持力矩、夹持形状通用性，当然还需考虑其加工成本及使用寿命等因素，这里我们采用了嵌套试上下夹形式，下夹固定，上夹通过气缸活动，上下夹夹持面均为120°夹角，互相咬合结构，可以夹持0-80mm直径棒料，且夹具结构具有居中性，可增加开料的准确性和端面的平整性，夹具在夹持的时候应保证料棒与夹具下夹持面的充分贴合，保证上夹在夹持时棒料的截面位置不发生变化。在夹具容量的设计上还应该考虑到锯片的最大切削范围，保证夹具的夹持截面在锯片的有效切削范围内。由于送料夹具的送料会需要使得送料夹具做来回往复运动，由于下夹持面始终与棒料有充分接触，所以当送料夹具做往复运动的时候势必会对棒料产生摩擦力，如果摩擦力过大的话，大于定位夹具的夹持力，那么就会使得定位发生偏移运动，所以在设计定位夹具和送料夹具的时候应保证两点，其一是两套夹具的下夹持面应该水平一致，其二是保证定位夹具的夹持力要大于送料夹具送料时的摩擦力；当然为了消除这种因为摩擦力而产生的位置偏差也可以通过更改机械机构来更有效的保证，我们也可以通过在送料夹具上增加一套微动顶升机构来消除这种接触而产生的摩擦，这样就可以更好的保证送料过程不会影响切料的精度。
五、排削机构
金属棒料的切削过程必将会产生切屑，切屑收集对整机的使用效果会有很大的影响，散落的切屑不仅影响现场环境，也会对设备本身的零件产生不良影响，散落在电气元件上会导致电气故障，散落在活动部位会影响机械结构寿命。另外一方面金属切屑具有它的回收价值；我们根据锯片切点的切线方向来判断切屑的主要飞溅方向，再将整个锯片切点进行包围，在不干涉锯片运动是前提下对其进行完全的包裹，并将所有粉末导向收集装置进行收集回收利用，由于金属切削粉末的温度较高，应考虑整个收集装置的耐热性，双层保障切屑的完整收集。
参考文献：
【1】机械工程师手册第二版编辑委员会编-《机械工程师手册》，2000（2）
【2】王启平等主编-《机床夹具设计》，2005（2）
【3】高为国，钟丽萍主编-《机械工程材料》，2011.7
论文作者:吕建岸
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/16
标签：锯片论文; 夹具论文; 送料论文; 机构论文; 棒料论文; 切屑论文; 截面论文; 《基层建设》2019年第17期论文;