厚铝板高速下料机的研制与应用

　　[摘要]　介绍了厚铝板高速下料机的主要技术规格、工作原理、结构特点及切削工具，并对其进行了技术经济分析。
　　关键词：厚铝板　圆锯　下料机

Development and Application of High Speed Blanking Machine for Thick Al Plate

　　[ABSTRACT]　The specifications and the principle and construction of high speed Al plate blanking machine and its cutting tool are introduced and the technical and economic analysis are made.
　　Keywords: Thick Al plate　Circular saw　Blanking machine

　　厚铝板下料一直是困扰我国航空企业的一大技术难题。众所周知，铝合金板材，尤其是厚铝板在飞机结构上的应用愈来愈为广泛，整体框、梁等新结构在我国各型号飞机的研制中已被大量采用。但国内大多数航空企业对于厚铝板下料基本上都采用普通方法，即钻排孔刨边，铣削或采用先进的大型数控铣床下料，其技术经济效益较低。
　　为解决厚铝板下料的难题，我公司成功地研制了一台大型厚铝板高速下料机。本文就该机床的主要技术参数、总体结构及切削工具作一介绍，并进行技术经济分析。

1　机床主要技术规格

　　本机床主要用于进口和国产大型厚铝板下料加工。

1.1　下料规格及材料牌号

　　最大长度：3 660 mm；
　　最大宽度：2 000 mm；
　　最大厚度：100 mm。
　　材料牌号见表1。

表1　材料牌号

1.2　机床主要技术规格及加工方式
　　工作台面：4 800 mm×1 300 mm；
　　锯片直径：610～660 mm；
　　主轴转速：144～1 440 r/min，无级变频调速；
　　进给速度：58～8 500 mm/min，无级变频调速；
　　电机台数：3台(主轴、进给各1台，润滑电机1台)；
　　总功率：18 kW；
　　占地：6 400 mm×1 600 mm。
　　加工方式见图1。

图1　加工示意图

Fig.1　Machining scheme

2　机床总体结构及工作原理

　　机床的总体结构如图2所示。

图2　机床总体结构

Fig.2　Structure of high speed blanking machine
for thick Al plate

1.工作平台；2.浮动机构；3.横梁；4.气缸；
5.工字钢导轨；6.镶齿圆锯；7.拖板；
8.床身；9.支座；10.减速器。

　　主轴(锯片)选用普通交流电机，通过一对皮带轮驱动。主轴部件装于一拖板上，拖板由另一交流电机驱动，经减速器、传动一丝杠—螺母机构作进给运动。为适应不同切削工艺的要求，两者速度均可由各自的变频器调整，实现无级变速。移动式夹紧装置可对厚铝板实行多点均匀夹紧，且夹紧力可调。集中润滑装置及手动润滑泵，对床身导轨、丝杠—螺母、轴承等部位进行润滑，圆锯加工时，由喷雾冷却器对锯片切削区域进行喷雾冷却润滑，床身导轨用钢制伸缩式防护罩防护，移动电缆用矩形金属软管防护，为有效地收集切屑，配置了随拖板一起移动的积屑漏斗。

　　夹紧装置由一焊接横梁作基础构件，内装20个成对排成10列的气缸。横梁两端均有一浮动机构，手推横梁时，横梁依靠该机构在工作台上的工字钢导轨上移动，移动到位后(挡铁定位)，气缸动作夹紧厚铝板，此时才可进行锯削下料。当工件吊、卸时，可手推横梁至工作台面外。
　　工作平台为大型焊接式框架结构，该台面是工件下料的支承面，亦是夹紧装置移动的导向基础。台面上开有长条形空刀槽。工件吊装初就位后，由4套调整机构进行微调对刀，该机构可翻至台面下，以便于工件装卸。为防止加工时切屑飞溅，在台面6个支座之间安装了可方便拆卸的推拉门。
　　拖板在床身的双矩形导轨上移动，拖板移动副内贴有FQ-1复塑板，另用斜镶条调整其间隙。丝杠传动拖板上的螺母使拖板作进给运动。由于丝杠很长，为减少因其自重引起下垂量过大，在丝杠两头适当位置设置了装有导向滚轮的辅助支承，因此装于拖板上的螺母只能做成半螺母方能在移动时跨过辅助支承。丝杠两端支承设置成一头固定、一头轴向游动的形式。
　　本机床采用继电接触器控制，由控制柜、操作站及变频调速系统组成。因机床属大型设备，故在床身旁设置一操作站，以便在床身及控制柜两地均可操纵。主轴切削运动及进给运动均采用多重电器保护措施，自动集中润滑系统可对多个润滑点实施自动润滑。为获得不同型号、规格的厚铝板的最佳切削效果，主轴切削运动和进给运动均可通过各自的变频器方便地实现无级调速。

3　切削工具

　　厚铝板用圆锯切削下料加工，时常出现因排屑不畅而粘刀、因圆锯端面跳动而引起夹刀等现象。当高速切削时，这一现象则更加严重。
　　我们曾选用某厂标准圆锯作试切加工，其主要参数如下。
　　刀具：直径D＝610 mm，基体宽度b=6 mm，齿数z=80(粗齿)，镶片圆锯，刀体YG8，基体端面最大跳动0.8 mm；
　　材料：美国7075，厚度δ=38 mm；
　　条件：主轴转速n=700 r/min(v=1 342 m/min)；
　　进给速度：v_s=140 mm/min。
　　在刃口无冷却润滑的条件下试切多次发现，每加工不到1 min，就需退刀清理容屑槽上粘接的铝屑，因此时大部分刀齿的容屑槽已被铝屑粘附且工件夹住圆锯片基体现象严重，进给力明显增大，有时甚至造成进给系统报警停车，故锯片损耗严重。
　　后改用适合铝合金厚板高速切削的专用圆锯片进行加工，其主要参数如下。
　　直径D=660 mm,，刀头宽度b=6.5 mm，z＝40(粗齿、空屑槽增大)，刀体YG8硬质合金，端面最大跳动0.8 mm。径向跳动±0.5 mm，刀头宽度大于基体宽度0.5 mm。其最大特点就是刀片基体两处开有侧刃，该侧刃材料仍为YG8，在加工时侧刃将切除圆锯片高速旋转时因端面跳动而与工件相接触的面，彻底解决了圆锯片基体被夹现象。
　　经过对同牌号不同厚度和同厚度不同牌号的厚铝板切削试验(见表2)表明：选用带侧刃的镶齿圆锯片(粗齿刀体YG8)加工厚铝板效果非常理想，不仅切削用量有较大提高，而且刀片的耐用度亦有所改善。

表2　厚铝板切削试验数据

4　技术经济分析

　　厚铝板高速下料机的研制应用解决了我公司100 mm厚度以内的铝板下料难题。现以切长3 600 mm、切厚50 mm的7075铝板为例，对用该机床下料与其他方式下料进行技术经济分析，见表3。

表3　高速下料机与其他下料方式的技术经济效益对比

*以普通加工方法为1进行比较。

由表可见，与普通加工方法相比，采用该方法下料工效可提高20倍，材料节约率为4.32倍，且切口光滑平整，表面粗糙度可达Ra 6.3 μm(可作为精加工的首道工序)。此外，为满足不同牌号、规格的铝板下料，获得最佳的切削用量，机床主轴转速及进给速度可采用无级调速，这给实际加工带来了极大的方便。