水平高速帶鋸床改造

曹世端，田懷前，吳厚華，高世舉

（西南鋁業(yè)（集團）有限責任公司，重慶 401326）

0 引言

高速帶鋸床是2007 年從德國進口，用于鋁及鋁合金棒材、管材、型材、帶材的定尺鋸切和取樣。主要由龍門架、鋸弓（含鋸帶驅(qū)動、張緊及導向裝置等）、切割進給系統(tǒng)（由垂直方向的2 個直線導軌和2 個導向座、伺服電機及減速機和1 根滾珠絲桿、測量系統(tǒng)等組成）、定位和夾緊系統(tǒng)（移動夾緊、固定夾緊和向下壓緊系統(tǒng)）、潤滑系統(tǒng)（每個機構(gòu)的潤滑油注入系統(tǒng)和鋸片的潤滑系統(tǒng)）、液壓系統(tǒng)、輥道輸送裝置、鋁屑的吸收系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等組成。

鋸弓安裝在Z 軸上，作為切割進給。移動夾緊系統(tǒng)安裝在X軸，用于水平夾緊和輸送鋁材。固定夾緊也安裝在X 軸，布置在切割通道的入口端。壓緊系統(tǒng)用于向下卡緊成堆的鋁材，布置在切割通道的出口端。

主要技術參數(shù)：集束后鋸切鋁材尺寸寬：50～700 mm，高30～800 mm；切割速度500～2800 m/min。

1 存在的問題及原因分析

（1）鋸弓靠伺服電機驅(qū)動帶動單根滾珠絲桿進給，當伺服電機出現(xiàn)故障，制動失效時，鋸弓會隨著絲桿的轉(zhuǎn)動而快速下降且速度越來越快，存在安全隱患。

（2）定尺機構(gòu)布置在進料端，長度超過2.5 m 以上的定尺，移動夾頭（行程2000 mm）要往返多次才能完成，效率低，且定尺精度差，移動夾頭往返次數(shù)越多，累計誤差越大，一般是2～15 mm。

（3）鋸切線前后的輥道間距大，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%，鋁屑飛濺，造成設備周圍環(huán)境差。

（5）因為出料端沒有水平方向的夾緊，進料端僅有一組水平方向的夾緊，所以坯料易歪斜，鋸口斷面易成斜面，特別是一次鋸切多根料時。

（6）鋸切過程中鋸帶張緊力不穩(wěn)定，造成鋸帶損壞。系統(tǒng)采用微型液壓站系統(tǒng)（電機、泵、控制閥組、控制模塊集成于一體），通過檢測缸內(nèi)壓力變化控制電機轉(zhuǎn)動（壓力低限時啟動，高限時停止），其壓力值一直在一個區(qū)間內(nèi)不停的變化，導致鋸帶在不斷承受交變載荷，壽命急劇降低。

（7）出料端的坯料收集裝置由2 個懸臂吊來升降，需要人工掛取吊帶，導致不方便、不安全、效率低。

2 改進措施

2.1 重新設計制作鋸弓平衡系統(tǒng)

根據(jù)鋸弓自重（約6000 kg），采用液壓油缸進行平衡，平衡鋸弓自重的90%左右，達到減輕進給機構(gòu)負荷，防止鋸弓因進給機構(gòu)發(fā)生故障時快速下落。

2 支平衡油缸分別安裝在龍門立柱的側(cè)面，通過鉸鏈式連接方式與鋸弓連接。油缸的有桿腔無油，下腔（無桿腔）與蓄能器連接，主要用于平衡鋸弓的自重，減輕鋸弓進給絲桿及伺服電機的負荷。當鋸弓上升時平衡液壓油缸下腔從蓄能器進油，當鋸弓工作進給時平衡液壓油缸下腔出油到蓄能器。

2.2 重新設計制造2 個獨立的液壓油站

為保證液壓系統(tǒng)穩(wěn)定工作，在液壓油箱上安裝油溫強制風冷機，使得液壓油溫度保持基本恒定。

1 個液壓站負責為新增的1 對鋸弓液壓平衡油缸、鋸帶張緊裝置、進料端2 組水平夾緊裝置、1 組垂直壓緊裝置；出料端1 組水平夾緊裝置、1 組垂直壓緊裝置、坯料翻出裝置提供液壓動力，主液壓站液壓原理如圖1 所示。每1 組水平夾緊裝置的1 對油缸內(nèi)徑和行程分別為Ф125×60 mm 和Ф100×870 mm，布置在一側(cè)的大缸徑短行程的油缸先停止定位，另一側(cè)的小缸徑長行程的油缸夾緊坯料后再停止，小缸徑油缸的推力小于大缸徑油缸的推力，小油缸始終推不動大油缸，所以大油缸的定位始終不變。

圖1 主液壓站液壓原理

另一個液壓站安裝在定尺機構(gòu)上隨動，負責為新增的出料端自動定尺機構(gòu)的2 個鎖緊油缸、擋板轉(zhuǎn)動液壓油缸等提供液壓動力，定尺機構(gòu)液壓站原理如圖2 所示。

圖2 定尺機構(gòu)液壓站液壓原理

2.3 重新設計制作定尺機構(gòu)

定尺機構(gòu)布置在出料端，定尺主體由定尺基座、直線導軌副、伺服驅(qū)動（交流伺服電機+精密行星齒輪減速機等）、齒輪及齒條副、液壓鎖緊機構(gòu)、擋板旋轉(zhuǎn)機構(gòu)等組成。

定尺機構(gòu)采用懸臂支架結(jié)構(gòu)，懸掛在出料輥道上部。伺服定尺機構(gòu)行走導軌和驅(qū)動機構(gòu)安裝在出料輥道一側(cè)，可實現(xiàn)自動控制，且擋板在不工作時能夠升高離開輥道。

2.4 重新設計制作1 套鋸輪張緊穩(wěn)壓裝置

采用液控單向閥來達到鋸帶張緊時能夠保持穩(wěn)定運行，不再出現(xiàn)鋸切過程中出現(xiàn)壓力波動，鋸帶張緊力變化，造成鋸帶松動而損壞鋸帶。

2.5 設計制作鋸切線前后密布小輥道

將靠近鋸切線前后兩端的大輥道更換成電動的密布小輥道，輥道速度與原輥道速度匹配，輥道之間間隙為10 mm，以便輸送短的式樣。進出料輥道均為動力輥道，采用鏈輪、鏈條傳動+擺線針輪減速機總成，可根據(jù)需要正反轉(zhuǎn)，變頻調(diào)速。

2.6 重新設計制作吸屑風道及吸屑風口

拆除原設備的吸屑風道及吸屑風口，重新設計制作吸屑風道及吸屑風口。拆除原設備的取樣小車，在這個位置設計制作吸屑風道及吸屑風口，并在鋸帶主動輪盒下方增加一個新的吸風口，設置在鋸弓上隨鋸弓上下移動，風道彎道處可拆卸，方便對風道進行清理疏通，改善吸屑效果。

2.7 重新設計制作夾具系統(tǒng)。

拆除原設備進料端的1 組水平夾緊虎鉗及懸掛式送料虎鉗機構(gòu)。在進料端增設1組垂直壓緊裝置（安裝在原設備用于安裝水平送料虎鉗的支架上）及2 組水平夾緊裝置（1 組安裝在靠近鋸切線位置，另1 組安裝在靠近進料端擋塊附近），這2 組水平夾緊裝置用于鋸切多根坯料時，以便水平對齊，保障鋸口斷面不是斜面（鋸口斷面與輥道中心線垂直），虎鉗開口度0～880 mm。

出料端增設一組水平夾緊裝置，確保鋸切長料時，鋸口斷面不是斜面，保留原垂直壓緊裝置。

鉗口板面均采用發(fā)泡硬橡膠材料層，具有一定硬度且受壓時能產(chǎn)生一定的變形，保護坯料表面不受損壞。

2.8 重新設計制作出料端的坯料收集裝置

拆除原設備出料端的坯料傾倒裝置，設計制作在輥道下端翻出的裝置，采用液壓油缸驅(qū)動連桿機構(gòu)推動，連桿機構(gòu)分為2組，可以聯(lián)動，也可以單獨動作，每組由2 支油缸驅(qū)動。收集短坯料時使用1 組即可，收集長坯料時同時使用2 組。

2.9 電控部分

電控部分新增PLC控制系統(tǒng)與原PLC 具有通信功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，將原有程序修改后一起共同精準控制。將新增部分控制系統(tǒng)、改造部分控制系統(tǒng)的功能與原控制系統(tǒng)整合、優(yōu)化。

3 實用效果

經(jīng)過3 年多的生產(chǎn)運行，改造效果很好，得到了鋸床操作工的好評。效果主要體現(xiàn)在以下8 個方面：

（1）鋸弓進給機構(gòu)負荷大大減輕。進給機構(gòu)伺服電機的工作電流從≥15 A 降到≤5 A，絲桿磨損減小。

（2）消除鋸弓快速下降的安全隱患。增設2 支平衡油缸，消除因伺服電機出現(xiàn)故障以及鋸弓快速下降的安全隱患。

（3）提高定尺精度。長度誤差從2～15 mm 減小到0～3 mm。

（4）鋸口斷面得到大大改善。由于進出料端均增加水平夾緊裝置，進料端增加壓緊裝置，鋸口斷面不再成斜面。

（5）短料運輸。鋸切線前后兩端的大輥道，改成密布小輥道，短料能順利通過，不再掉落。

（6）吸屑效果大大改善。吸屑率由原來的不到70%提升到≥90%。

（7）鋸帶壽命大大延長。鋸切過程中鋸帶張緊力穩(wěn)定，鋸帶壽命大大延長。改造前1 條鋸帶只能使用3 d，改造后能用7 d。

（8）出料端的坯料收集狀況得以改善。坯料收集快速、方便、安全，且長料和短料都便于收集。