CN105772861A - 金属带锯锯切的工件拉压激振装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了金属带锯锯切的工件拉压激振装置及方法。传统辅助带锯切装置不能显著提高锯切效率，逐渐不能满足现今生产模式。本发明包括电液伺服驱动装置、液压夹具台和电液伺服驱动工况监控系统；液压夹具台夹紧工件；电液伺服驱动装置拉压激振工件；电液伺服驱动工况监控系统实时检测和反馈控制工件拉压力幅值和频率。本发明能够对激振振幅和频率进行实时监控，并可以快速地调整激振振幅和频率，以满足对不同材料和尺寸的锯切需求。

Description

金属带锯锯切的工件拉压激振装置及方法

技术领域

本发明属于金属带锯锯切技术领域，特别涉及一种金属带锯锯切的工件拉压激振装置及方法。

背景技术

带锯床是装备制造工业的基本生产手段，是材料加工的主要设备之一。带锯床以其加工面积大，材料损失少等特点，广泛应用于钢铁、机械、汽车、造船和航空航天等各个领域。但在实际锯切工况下，受工件外形结构、工件材料特性以及带锯切特性的影响，工件内部应力分布特性成为制约锯切效率的重要因素。

为了优化带锯床在提高锯切效率方面存在的问题，目前，已经提出了许多创新的结构和方法，如专利号为CN201520066634(授权公告号CN204470708U，授权公告日2015年7月15日)公开了一种带锯床，尤其涉及一种70度旋转卧式带锯床，包括底座、固定在底座上的支撑架、电气装置和液压装置以及连接在支撑架上的锯架机构等，可以实现工件的旋转锯切，提高锯切效率。但是该装置实现的是锯架摇摆，耗能大，摇摆结构复杂，工件定位装夹不便，且不适合小型工件锯切。如申请号为201210314087.0的专利(申请公告号CN103658848A，申请公布日2012年08月30日)公开了一种带锯床，尤其涉及一种新型环切锯床，包括床身、锯架以及控制系统，所述锯架上装设有锯带、锯带张紧及导向装置和能够带动所述锯带进行切割的主传动系统，锯架的一端铰接于固设在床身上的锯架支座。该装置实现的是锯架转盘的摇摆，进而实现工件的摇摆锯切。但是该转盘装夹机构结构复杂，体积大，耗能大，不适合小型工件以及棒料的定距离锯切，在实际工况中难以实现工件的高效锯切。又如申请号为CN201220678828的专利(申请公布号CN202964936U，申请公布日2013年06月05日)公开了一种硅棒旋转锯切锯床，该新型旋转锯切锯床包括底座、操作台、液压装置、电气装置、设置在底座上的工作台和锯架和设置在底座一侧的料架，所述锯架上设有张紧装置和导向装置，所述料架上设有旋转装置和驱动旋转装置的驱动装置，所述旋转装置一侧设有卡盘，所述卡盘的位置与锯架上主传动装置的位置相配合，所述底座上还设有用于抬升工件的托抬和用于配合托台的托轮。但该装置并不适用于金属带锯床的摇摆锯切的实际工况，并且采用此技术在带锯条上施加摇摆并不能有效提高带锯床锯切效率。再如申请号为201510172093.0的专利(申请公布号CN104742255A，申请公布日2015年07月01日)公开了一种旋转切割锯床，该旋转切割锯床包括工作台、锯架、两个锯轮、锯轮驱动装置和装夹装置。所述装夹装置与锯架在水平方向能相对交叉运动，运动的过程中对装夹装置上的工件进行横向切割，装夹装置则包括一个中心转盘和转盘上的夹具，转盘底部同轴设有旋转驱动装置。但该装置不利于工件的定位与夹紧且不适用与金属带锯床的实际工况，不能显著地提高带锯床的锯切效率。此类专利从实现带锯条锯齿与工件的相对运动的角度出发，对传统的辅助带锯切装置进行了设计。但此类传统的辅助带锯切装置并不能显著地提高带锯床的锯切效率，逐渐不能满足现今高效快捷的生产模式。因此，开发一种新型的锯切技术显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为了提高现有带锯床锯切效率，基于振动切削原理，提出一种金属带锯锯切的工件拉压激振装置及方法。本发明是一种通过电液伺服驱动系统，给工件施加一定频率和振幅拉压力(也可提供恒定拉力)，在锯切工件上构成脉冲式锯切过程从而提高锯切效率的新工艺；是一种利用电液伺服系统位置夹紧和拉压激振工件的装置；是一种给工件施加拉压力幅值为0-100KN和频率0-50Hz的可调装置；是一种拉压力幅值和频率可实时检测和反馈控制的装置。

本发明金属带锯锯切的工件拉压激振装置，包括电液伺服驱动装置、液压夹具台和电液伺服驱动工况监控系统。所述的电液伺服驱动装置包括拉压激振式缸安装底座、拉压激振式缸、伺服阀、压力传感器直角连接头、压力传感器、比例溢流阀、拉压激振式缸连接板、直线运动导轨滑板盖、直线运动导轨底座、激光位移传感器和激光位移传感器安装盒。所述的伺服阀与拉压激振式缸通过螺栓连接，拉压激振式缸通过螺栓固定在拉压激振式缸底座上；拉压激振式缸连接板通过锁紧螺母固定在拉压激振式缸的液压输出杆上。油泵出口通过单向阀与比例溢流阀进口及伺服阀进口相连；伺服阀的两个出口分别通过管路与拉压激振式缸对应端进口相连，比例溢流阀的出口与油箱相连；所述直线运动导轨滑板盖底部的V型槽与直线运动导轨底座顶部的V型槽通过滚珠构成滚动副。所述的压力传感器直角连接头固定在拉压激振式缸上，压力传感器与压力传感器直角连接头通过螺母连接；所述的激光位移传感器安装在激光位移传感器安装盒中；激光位移传感器安装盒通过沉头螺钉安装在拉压激振式缸的尾部。

所述的液压夹具台包括夹具导轨底座、夹紧液压缸、活动夹具手臂、固定夹具手臂、夹紧丝杠和丝杠转动手柄；所述的夹具导轨底座通过螺栓固定在电液伺服驱动装置的直线运动导轨滑板盖上，并与拉压激振式缸连接板固定；激光位移传感器的检测端对准夹具导轨底座；固定夹具手臂设置在夹具导轨底座中，并通过固定夹具手臂固定板与夹具导轨底座固定；活动夹具手臂与夹具导轨底座构成滑动副，并与夹紧丝杠构成螺旋副；所述的夹紧液压缸安装在夹具导轨底座一端，并驱动夹紧丝杠；所述的丝杠转动手柄与夹紧丝杠固定。

所述的电液伺服驱动工况监控系统包括模数转换器、控制器和数模转换器；激光位移传感器的信号输出端与模数转换器的模拟量输入端连接，模数转换器的数字量输出端与控制器的数字量输入端连接，控制器的数字量输出端与数模转换器的数字量输入端相连，数模转换器的模拟量输出端与伺服阀连接，压力传感器的信号输出端与模数转换器的模拟量输入端连接，比例溢流阀的阀芯控制输入端以及信号输出端均与控制器相连。

所述的油泵由电机带动运转，油泵的进口经过滤器与油箱相连。

所述单向阀的出口与比例溢流阀的进口之间安装有油压表。

所述的激光位移传感器安装盒与压力传感器分设在拉压激振式缸的不同侧。

本发明金属带锯锯切的工件拉压激振方法，具体如下：

步骤一、直线运动导轨底座通过螺栓固定在带锯床工作台面上。直线运动导轨滑板盖底部的V型槽与直线运动导轨底座顶部的V型槽通过滚珠构成滚动副。夹具导轨底座通过螺栓固定在直线运动导轨滑板盖上；固定夹具手臂固定在夹具导轨底座中，活动夹具手臂与夹具导轨底座构成滑动副，并与夹紧丝杠构成螺旋副；夹紧液压缸安装在夹具导轨底座一端，并驱动夹紧丝杠；丝杠转动手柄与夹紧丝杠固定；待带锯床上原有的液压夹具将工件夹紧后，先手动使用丝杠转动手柄带动活动夹具手臂将待夹紧工件预夹紧，再驱动夹紧液压缸将预夹紧的工件夹紧在活动夹具手臂与固定夹具手臂之间。

步骤二、拉压激振式缸底座通过螺栓安装在带锯床的工作台面上，拉压激振式缸通过螺栓安装在拉压激振式缸底座上。拉压激振式缸连接板通过锁紧螺母固定在拉压激振式缸的液压输出杆上，并与夹具导轨底座固定。

步骤三、启动电机和油泵，油泵开始向伺服阀和比例溢流阀供给液压油。启动带锯床，带锯条沿水平方向作进给运动，并根据工件尺寸沿工件径向进给带锯条。控制器经数模转换器控制伺服阀阀芯的换向或移动，液压油经伺服阀供给拉压激振式缸，从而驱动拉压激振式缸对直线运动导轨滑板盖和夹具导轨底座做拉伸或压缩运动，带动工件作拉、压交替运动或保持恒力拉伸工件，使得工件轴向内应力时刻发生变化；压力传感器、比例溢流阀、激光位移传感器分别将实际工况下的压力信号、液压信号和位移变化量通过模数转换器实时反馈给控制器，与控制器内部设定的对应参数值进行对比分析，从而对比例溢流阀的阀芯位置进行调节；当工件作拉、压交替运动时，对拉压激振式缸的拉、压力幅值和激振频率作出反馈控制；当保持恒力拉伸工件时，只对拉压激振式缸的拉力作出反馈控制。

本发明的有益效果：

1、本发明利用工件材料在脉冲式激振过程中产生局部应力变化的特点，结合带锯切原理，对锯切效率有显著的提高。

2、本发明不仅能够显著提高锯切效率，而且设备整体结构较为简单，操作方便。

3、本发明具有工况实时监控系统，该系统能够对激振振幅和频率进行实时监控，并可以快速地调整激振振幅和频率，以满足对不同材料和尺寸的锯切需求。

附图说明

图1为本发明装置的整体结构立体图；

图2为本发明装置安装于带锯床上的装配示意图；

图3-1为本发明中电液伺服驱动装置的结构立体图；

图3-2为本发明中直线运动导轨滑板盖与直线运动导轨底座的装配示意图；

图4-1为本发明中液压夹具台的结构立体图；

图4-2为本发明中液压夹具台的装配示意图；

图5为本发明中电液伺服驱动工况实时监控系统的原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和2所示，金属带锯锯切的工件拉压激振装置，包括电液伺服驱动装置1、液压夹具台2和电液伺服驱动工况监控系统。

如图2、3-1、3-2、5所示，电液伺服驱动装置1包括拉压激振式缸安装底座1-1、拉压激振式缸1-2、伺服阀1-3、压力传感器直角连接头1-4、压力传感器1-5、比例溢流阀1-6、拉压激振式缸连接板1-7、直线运动导轨滑板盖1-8、直线运动导轨底座1-9、激光位移传感器1-10和激光位移传感器安装盒1-11。伺服阀1-3与拉压激振式缸1-2通过螺栓连接，拉压激振式缸通过螺栓固定在拉压激振式缸底座1-1上，拉压激振式缸底座1-1通过螺栓安装在带锯床的工作台面上；拉压激振式缸连接板1-7通过锁紧螺母固定在拉压激振式缸1-2的液压输出杆上。油箱4经过滤器5与油泵6的进口相连，电机14带动油泵6运转，油泵6从油箱4中抽取液压油；油泵6出口通过油管与单向阀13进口相连，单向阀13出口与比例溢流阀1-6进口及伺服阀1-3进口相连；伺服阀的两个出口分别通过管路与拉压激振式缸1-2对应端进口相连，比例溢流阀1-6的出口与油箱4相连；在单向阀13出口与比例溢流阀1-6的进口之间安装有油压表7。电机14带动油泵6运转从而驱动拉压激振液压缸1-2对液压夹具台2做拉压运动，使得液压夹具台2能够带动工件11作一定拉压力振幅和频率的拉压运动，构成脉冲式锯切过程。直线运动导轨底座1-9固定在带锯床的工作台面上，直线运动导轨滑板盖1-8底部的V型槽与直线运动导轨底座1-9顶部的V型槽通过滚珠1-12构成滚动副。两个压力传感器直角连接头1-4固定在拉压激振式缸同一侧，且分别设置在拉压激振式缸的头部和尾部；每个压力传感器直角连接头1-4通过螺母连接压力传感器1-5；激光位移传感器1-10安装在激光位移传感器安装盒1-11中；激光位移传感器安装盒1-11通过沉头螺钉安装在拉压激振式缸1-2的尾部，且与压力传感器1-5分设在不同侧。

如图1、4-1和4-2所示，液压夹具台2包括夹具导轨底座2-1、夹紧液压缸2-2、活动夹具手臂2-3、固定夹具手臂2-4、夹紧丝杠2-6和丝杠转动手柄2-7；夹具导轨底座2-1通过螺栓固定在电液伺服驱动装置的直线运动导轨滑板盖1-8上，并与拉压激振式缸连接板1-7固定；激光位移传感器1-10的检测端对准夹具导轨底座2-1；固定夹具手臂2-4设置在夹具导轨底座2-1中，并通过固定夹具手臂固定板2-5与夹具导轨底座2-1固定；活动夹具手臂2-3与夹具导轨底座2-1构成滑动副，并与夹紧丝杠2-6构成螺旋副；夹紧液压缸2-2安装在夹具导轨底座2-1一端，并驱动夹紧丝杠2-6；丝杠转动手柄2-7与夹紧丝杠2-6固定。

如图5所示，电液伺服驱动工况监控系统包括模数转换器10、控制器3和数模转换器8；激光位移传感器1-10的信号输出端与模数转换器10的模拟量输入端连接，模数转换器10的数字量输出端与控制器3的数字量输入端连接，控制器3的数字量输出端与数模转换器8的数字量输入端相连，数模转换器8的模拟量输出端与伺服阀1-3连接，压力传感器1-5的信号输出端与模数转换器10的模拟量输入端连接，比例溢流阀1-6的阀芯控制输入端以及信号输出端均与控制器3相连。电机14带动油泵6运转，拉压激振液压缸1-2对液压夹具台2做拉压运动，并带动工件11作拉压运动，产生一定拉压力振幅和频率。此时，压力传感器1-5、比例溢流阀1-6、激光位移传感器1-10分别将实际工况下的压力信号、液压信号和位移变化量通过模数转换器10实时反馈给控制器3，与控制器3内部设定的对应参数值进行对比分析，从而控制器3对比例溢流阀1-6的阀芯位置进行调节，进而对拉压激振式缸1-2的拉压力幅值和激振频率作出反馈控制，保证拉压激振缸的稳定运行。

金属带锯锯切的工件拉压激振方法，具体如下：

步骤一、直线运动导轨底座1-9通过螺栓固定在带锯床工作台面上。直线运动导轨滑板盖1-8底部的V型槽与直线运动导轨底座1-9顶部的V型槽通过滚珠1-12构成滚动副。夹具导轨底座2-1通过螺栓固定在直线运动导轨滑板盖1-8上；固定夹具手臂2-4固定在夹具导轨底座2-1中，活动夹具手臂2-3与夹具导轨底座2-1构成滑动副，并与夹紧丝杠2-6构成螺旋副；夹紧液压缸2-2安装在夹具导轨底座2-1一端，并驱动夹紧丝杠2-6；丝杠转动手柄2-7与夹紧丝杠2-6固定；待带锯床上原有的液压夹具将工件11夹紧后，先手动使用丝杠转动手柄2-7带动活动夹具手臂2-3将待夹紧工件预夹紧，再驱动夹紧液压缸2-2(由单独的一个油泵驱动)将预夹紧的工件11夹紧在活动夹具手臂2-3与固定夹具手臂2-4之间。工件装夹效果图如图2所示。

步骤二、拉压激振式缸底座1-1通过螺栓安装在带锯床的工作台面上，拉压激振式缸1-2通过螺栓安装在拉压激振式缸底座1-1上。拉压激振式缸连接板1-7通过锁紧螺母固定在拉压激振式缸1-2的液压输出杆上，并与夹具导轨底座2-1固定，安装效果图如图1所示。

步骤三、启动电机14和油泵6，油泵6开始向伺服阀1-3和比例溢流阀1-6供给液压油。启动带锯床，带锯条12沿水平方向作进给运动，并根据工件尺寸沿工件径向进给带锯条12。控制器3经数模转换器8控制伺服阀1-3阀芯的换向移动，液压油经伺服阀1-3供给拉压激振式缸1-2，从而驱动拉压激振式缸1-2对直线运动导轨滑板盖1-8和夹具导轨底座2-1做拉伸或压缩，带动工件11作拉、压交替运动或保持恒力拉伸工件，使得工件轴向内应力时刻发生变化；压力传感器1-5、比例溢流阀1-6、激光位移传感器1-10分别将实际工况下的压力信号、液压信号和位移变化量通过模数转换器10实时反馈给控制器3，与控制器3内部设定的对应参数值进行对比分析，从而对比例溢流阀1-6的阀芯位置进行调节；当工件作拉、压交替运动时，拉压激振式缸1-2的拉、压力幅值和激振频率作出反馈控制，保证拉压激振缸的稳定运行，构成脉冲式锯切过程，从而实现工件的拉压激振式锯切；当保持恒力拉伸工件时，只对拉压激振式缸的拉力作出反馈控制。

Claims (5)

1.金属带锯锯切的工件拉压激振装置，包括电液伺服驱动装置、液压夹具台和电液伺服驱动工况监控系统，其特征在于：所述的电液伺服驱动装置包括拉压激振式缸安装底座、拉压激振式缸、伺服阀、压力传感器直角连接头、压力传感器、比例溢流阀、拉压激振式缸连接板、直线运动导轨滑板盖、直线运动导轨底座、激光位移传感器和激光位移传感器安装盒；所述的伺服阀与拉压激振式缸通过螺栓连接，拉压激振式缸通过螺栓固定在拉压激振式缸底座上；拉压激振式缸连接板通过锁紧螺母固定在拉压激振式缸的液压输出杆上；油泵出口通过单向阀与比例溢流阀进口及伺服阀进口相连；伺服阀的两个出口分别通过管路与拉压激振式缸对应端进口相连，比例溢流阀的出口与油箱相连；所述直线运动导轨滑板盖底部的V型槽与直线运动导轨底座顶部的V型槽通过滚珠构成滚动副；所述的压力传感器直角连接头固定在拉压激振式缸上，压力传感器与压力传感器直角连接头通过螺母连接；所述的激光位移传感器安装在激光位移传感器安装盒中；激光位移传感器安装盒通过沉头螺钉安装在拉压激振式缸的尾部；

所述的液压夹具台包括夹具导轨底座、夹紧液压缸、活动夹具手臂、固定夹具手臂、夹紧丝杠和丝杠转动手柄；所述的夹具导轨底座通过螺栓固定在电液伺服驱动装置的直线运动导轨滑板盖上，并与拉压激振式缸连接板固定；激光位移传感器的检测端对准夹具导轨底座；固定夹具手臂设置在夹具导轨底座中，并通过固定夹具手臂固定板与夹具导轨底座固定；活动夹具手臂与夹具导轨底座构成滑动副，并与夹紧丝杠构成螺旋副；所述的夹紧液压缸安装在夹具导轨底座一端，并驱动夹紧丝杠；所述的丝杠转动手柄与夹紧丝杠固定；

所述的电液伺服驱动工况监控系统包括模数转换器、控制器和数模转换器；激光位移传感器的信号输出端与模数转换器的模拟量输入端连接，模数转换器的数字量输出端与控制器的数字量输入端连接，控制器的数字量输出端与数模转换器的数字量输入端相连，数模转换器的模拟量输出端与伺服阀连接，压力传感器的信号输出端与模数转换器的模拟量输入端连接，比例溢流阀的阀芯控制输入端以及信号输出端均与控制器相连。

2.根据权利要求1所述的金属带锯锯切的工件拉压激振装置，其特征在于：所述的油泵由电机带动运转，油泵的进口经过滤器与油箱相连。

3.根据权利要求1所述的金属带锯锯切的工件拉压激振装置，其特征在于：所述单向阀的出口与比例溢流阀的进口之间安装有油压表。

4.根据权利要求1所述的金属带锯锯切的工件拉压激振装置，其特征在于：所述的激光位移传感器安装盒与压力传感器分设在拉压激振式缸的不同侧。

5.金属带锯锯切的工件拉压激振方法，其特征在于：该方法具体如下：

步骤一、直线运动导轨底座通过螺栓固定在带锯床工作台面上；直线运动导轨滑板盖底部的V型槽与直线运动导轨底座顶部的V型槽通过滚珠构成滚动副；夹具导轨底座通过螺栓固定在直线运动导轨滑板盖上；固定夹具手臂固定在夹具导轨底座中，活动夹具手臂与夹具导轨底座构成滑动副，并与夹紧丝杠构成螺旋副；夹紧液压缸安装在夹具导轨底座一端，并驱动夹紧丝杠；丝杠转动手柄与夹紧丝杠固定；待带锯床上原有的液压夹具将工件夹紧后，先手动使用丝杠转动手柄带动活动夹具手臂将待夹紧工件预夹紧，再驱动夹紧液压缸将预夹紧的工件夹紧在活动夹具手臂与固定夹具手臂之间；

步骤二、拉压激振式缸底座通过螺栓安装在带锯床的工作台面上，拉压激振式缸通过螺栓安装在拉压激振式缸底座上；拉压激振式缸连接板通过锁紧螺母固定在拉压激振式缸的液压输出杆上，并与夹具导轨底座固定；

步骤三、启动电机和油泵，油泵开始向伺服阀和比例溢流阀供给液压油；启动带锯床，带锯条沿水平方向作进给运动，并根据工件尺寸沿工件径向进给带锯条；控制器经数模转换器控制伺服阀阀芯的换向或移动，液压油经伺服阀供给拉压激振式缸，从而驱动拉压激振式缸对直线运动导轨滑板盖和夹具导轨底座做拉伸或压缩运动，带动工件作拉、压交替运动或保持恒力拉伸工件，使得工件轴向内应力时刻发生变化；压力传感器、比例溢流阀、激光位移传感器分别将实际工况下的压力信号、液压信号和位移变化量通过模数转换器实时反馈给控制器，与控制器内部设定的对应参数值进行对比分析，从而对比例溢流阀的阀芯位置进行调节；当工件作拉、压交替运动时，对拉压激振式缸的拉、压力幅值和激振频率作出反馈控制；当保持恒力拉伸工件时，只对拉压激振式缸的拉力作出反馈控制。