论高速带锯在锯切时锯带抖动等问题的分析调节

论高速带锯在锯切时锯带抖动等问题的调节 论关于摩森纳锯床锯带抖动的 调节分析及应用改进 王英军 东北轻合金有限责任公司 熔铸分厂 摘要:摩森纳锯床是东轻公司在拓展新设备技术更新的铸锭锯切的高端设备，也是解决我公司锯切能力的保证性设备，摩森纳锯床具有高效性，高精度和高经济型的发展方向。由于受到锯带张紧力、离心力、交变弯曲力、切屑阻力以及摩擦力等各种复杂作用力的影响，会出现齿缘伸张、锯背紧、锯条中部略紧等受力不均匀现象，使锯条产生较大的横向弯曲、纵向弯曲和扭转等，从而导致由于齿缘振动、不稳定等诸多问题，就此通过现场实地解决，及查阅资料对摩森纳锯床进行了进步的分析，以备在处理摩森纳锯床时有一定的参考空间。 关键词:带锯 传动轮 抖动 游动间隙 摩森纳锯床是东轻公司在拓展新设备技术更新的铸锭锯切的高端设备，基于东轻公司对“1xxx~8xxx”系列铝及铝合金切头、尾、切段、试片和废铸锭切成几个短铸锭用于回炉，也是解决我公司锯切能力的保证性设备，摩森纳锯床具有高效性，高精度和高经济型的发展方向。 目前在生产过程中，虽然摩森纳锯床有一定的实践经验，但是由于受到锯带张紧力、离心力、交变弯曲力、切屑阻力以及摩 擦力等各种复杂作用力的影响，会出现齿缘伸张、锯背紧、锯条中部略紧等受力不均匀现象，使锯条产生较大的横向弯曲、纵向弯曲和扭转等，从而导致由于齿缘振动、不稳定等诸多问题，就此通过现场实地解决，及查阅资料对摩森纳锯床进行了进步的分析，以备在处理摩森纳锯床时有一定的参考空间。 1. 摩森纳锯床带传动的原理分析 如图，北线摩德纳锯床的带传动是由主动轮，带动两个从动 轮，以及挠性传动带组成，具体形式是摩擦型，这就需要有一定 的张紧力作为辅助发生原因。 而这个张紧力F(又称为初拉力)紧套在我们锯床的三个大型转动轮上，其中一个为主动轮，两个从动轮，大小一样，而且可以使带与带轮之间有一定的正压力，如上图当锯床主动轴电机带动主动轮回转时候，带与带轮接触面上产生摩擦力，而我们在分析张紧力的同时，经过试验数据分析，张紧力在一定数值可以达到理想状态，摩森纳锯床带传动的受力分析，如图 摩森纳锯床带传动，金属锯带应紧套在带轮上，带轮静止或 F0者空载运转时，带上各处的拉力相同，均等于初拉力，带传动工作时，主动带轮在驱动力矩作用下回转，借助带与带轮间的摩擦力，通过带使从动带轮克服其上的阻力矩而回转。 摩森纳锯床集机械传动、液压、PLC可编程控制器协调动作，实现了东轻公司对大规格宽铸锭的锯切，从送料、加紧、松开、进程、退回、液压张紧、松弛锯条等锯切的全过程的激光控制系 统、同时还具有自动计算尺寸、定长、安全自动停车等功能，其中锯条齿条的选择，角度的选择，液压进给随动装置和PLC可编程控制器的设计应用，使摩森纳锯床具有高切屑效率，高自动化和机床的高安全性。摩森纳锯床具有高锯切精度和高效率，锯切材料利用率较高，使用范围广泛(符合东轻节能减排的宗旨)。 北线摩森纳锯床的关键锯头部分全部来自国外，其中存在很高的技术力量，但是在摩森纳锯床实现高效率生产工作的同时，也出现了一些问题，就解决实际生产问题，从理论原理出发，逐一分析相关问题，主要是分析影响生产时，摩森纳锯床锯带的抖动、窜动及锯带断裂等问题。 1. 影响锯带抖动的原因分析 锯条的选择 影响锯切性能的重要因素之一就是锯条承受弯曲和挠曲的“梁形强度”(beam strength),而锯条宽度则是影响此种强度的重要因素，锯条厚度越大承受的弯曲能力要大，“梁形强度”愈大，锯条承受的进给压力的能力就增大。当锯条变钝时，其切入材料所需的进给压力加大，而锯切时连续提高锯切的进给压力，穿越“梁形强度”危险就会发生，导致锯条破损，因此在相同的锯切情况下，首选宽度大的锯带，选择较宽的锯条可以更好的提高生产率，就算钢性更好的锯条、更整齐的在锯切弯曲时都会受到阻尼，因此，锯带宽度是影响锯条的因素之一。 1.1.1带锯强度计算 钢锯带强度计算按保证钢带不永久变形为准，故取材料的屈服极限为计算依据 根据摩森纳锯床实际工作需要，钢带的厚度在1.5mm左右，钢带的宽度为B,按下式计算: 大轮直径在D=1000~1200mm B=30~45mm选择这样的宽度的锯带使用更为合适 1.1.2锯带的预紧力计算 为保证钢带在传动的平稳性，必须使钢带的紧边及松边在运动中始终处于正应力的状态，为此必须满足以下要求 摩森纳锯床采用液压张紧系统，根据上式，锯带始终保持正压力，由锯带的屈服强度及锯带长度，鉴于钢锯带工作状态是控 制在其弹性变形范围之内，根据公式可以采用张紧力60bar以上，但是由于锯带在传动轮上产生正压力，在锯带输出功率根据电机能力，要客服其由于正压力而产生的最大静摩擦力，这样才能达到平稳的运转。F如图1.2.2 1.2新锯带的正确磨合 锯带的使用过程可以分为三个阶段，即磨合锯切阶段，锯切阶段、严重磨损阶段。为了延长锯条的使用寿命，必须做好磨合锯切，以延长锯条的正常锯切时间。未经磨合的锯切的锯条的使用寿命，经过试验分析，只是经过磨合锯切的使用寿命的1/4.作为延长锯条使用寿命的切断方法，磨合锯切占有重要位置。 锯条在成产过程中，开始加工时受到加工精度的影响，齿尖高度之间会产生微小的高度差，用这种锯条进行正常锯切时，只有一些高齿在锯切，在切入时会产生微小的缺陷而缩短锯条的使用寿命，另外，即使在齿尖高度相同的情况下，锯切时由于新锯带的齿尖比较锋利，尖部的强度较低，容易产生崩刃现象，影响 锯带的使用寿命。 所谓磨合锯切就是使齿尖形成微小磨耗，使高度均一化，让锯条进入稳定磨损阶段，达到延长锯带使用寿命的目的。因此，磨合阶段是一种低锯切速度，低切入量的锯切方式。 1.3锯切用量的选择 摩森纳高速锯床是针对东轻公司整个全系列“1xxx~8xxx”进行生产锯切，合金的硬度强度有所不一，这就要求从各型号做细微的程序改变，锯带在锯切材料硬度，黏度，以及大规模宽铸锭时都需要高速度，低进给速度工作。 总之，要使设备充分发挥效能，锯带的正确选用，锯切速度和进给力的选择及三者的配合是十分重要的 1.4冷却润滑系统也是相当关键。 使用有效的冷却系统与合理的切削液对锯带的正常工作非常重要。切削液起三个方面作用: 1.控制锯切时产生的热量。 2.利用切削液的润滑作用减少锯带锯切阻力。 3.防止锯切屑残留在锯带上。 良好的切削液还有助于冲掉锯带齿沟间的切屑。 当锯带选定后，在充分发挥机床生产能力时，锯带的锯切速度越快，剪切角越大，锯切效率越高。然而，大量的锯切热随之产生。因此，锯切速度越快，积聚的热量就越多，就需要摩森纳锯床锯头对锯带的冷却润滑系统对锯带的三个方向的冷却，本身北线摩森纳锯床系属于高速锯切机床，在理论上可以达到很高的进给速度，如果冷却液补给不到位，就会发生锯带合金刀头烧损，及锯切路线发生偏差，造成夹锯严重时锯带损坏等。 2. 锯带的安装位置与实际工作原理的分析。 2.1锯带的安装位置。 安装锯带,轮的边缘和锯带后端应留有1-5mm距离,这样安装锯带既可以保证了锯带的合金刀头部分不受到传动轮缘的磨损，也保证了工作力学的中心平衡传动如图2.1。 1-5 mm 图2.1 2.2摩森纳锯床锯带运动原理分析及调整 摩森纳传动轮的结构分析，在锯带传动过程中，通过带轮轮缘表面制成中凸度，如图2.2.1所示，轮缘呈圆弧形，其目的是防止锯带脱落，这种锯带防止脱落从力学角度进行分析。 图2.2.1 图2.2.2 锯带附着在传动轮缘表面的情形，由于存在锯带的张紧力T，锯带对轮缘产生压力，轮缘亦对锯带产生反作用力。锯带由于某种原因偏向带轮一边时如图2.2.2，由于力F是锯带张紧力T产生 FN的，故其方向未变，仅平移了一段距离，合力F可分解为法向分力, FFZZ和切向分力，切向分力将锯带向传动轮缘的最高突出点方向移动，从而防止锯带在高速转动中的脱落现象。同样，主动轮受力状况与从 动轮相似，对于一般的传动通常在传动轮轮缘表面制成中凸度，中凸度见表1， 另外，摩森纳锯床原理是根据其三轮在同平面上的运转实现锯切工作的，但是从理论上就存在其平面度的一定范围，同时为保证锯带在传动轮边缘且将锯带的合金刀头部分及齿根位置与传动轮端面留有1~2mm的距离，通过可调节传动轮来完成，而调节传动轮的理论分析，根据工程力学及传动轮的受力分析，其调节方向与锯带走动方向成反比如图2.2.3，并通过调节螺丝进行微调处理。从理论上将凸缘位置在同面度上在正负1mm左右，使锯带可以再同一面上高速运转，实现高速切削等工作。 Regulation Of Band Saw Blade SW 24 SW 55 Saw bladeSaw bladebackwardforward 图2.2.3 2.3摩森纳锯床锯带传动精度分析与控制补偿 锯带在工作时，在预紧力及传动力矩的作用下，锯带的主动边受力而变形伸长，与之相反，钢带的从动边不仅不收传动力矩而且因传动轮的旋转导致预紧力的减小，使其应力减小，而摩森纳锯床通过液压伺服系统，设置了张紧力的自动补给，这样也解决了锯带在高速切削过程中的压力下降等问题而导致的锯带抖动。 3. 张紧力对锯带抖动的分析 此前在锯带预紧力分析有所说明，本章只是从预紧力不足引起的现场说明预紧力对锯带抖动的因素，摩森纳锯床锯带的张紧力首先要满足锯切力的要求，锯带张紧后，传动轮与锯带之间的摩擦力必须大于锯带切入最大断面时同时参与锯切的当量锯齿数的合力，其受力简图如下 4. 关于轴承游动间隙的分析 摩森纳锯床传动轮的转动都是依附轴承来实现运转，滚动轴承与锯带为线接触，轴承的各个部位受力也有所不同，工作时各滚动体所承受的载荷也会改变，如图4可以看出，滚动轴承各元部件是脉冲变化的接触应力。 其次，锯带运转时锯带速度是2000m/min，也就是30m/s，这样，轴承的游动间隙也决定了这个上传动轮端面圆跳动，传动轮外径在1000~1200mm时，根据表4.1要达到不超过正负0.5mm,才能保证锯带在高速运转，及有载荷的情况下，随着传动轮平稳运转。北线摩森纳 锯床对轴承的要求相当高，一般国内难以生产出游动间隙小于0.05mm 滚动轴承，要使用国外轴承才能满足连续生产要求。 平带轮的公差和表面粗糙度 单位:mm 带轮外径 ,,,,,,,项目 ?25.4 25.4~550.8~1101.6~177.8~2203.2~2254.0~3304.8~5,508.0 0.8 01.6 177.8 03.2 54.0 04.8 08.0 外圆径向圆0.13 0.13+(da-203.2)×0.0005 跳动 端面圆跳动 0.10 0.001da 0.25+(da-254.0)×0.0005 外圆圆度 ,0.001B 外圆表面粗Ra3.2~6.3 糙度 由于轴承的游动间隙及安装配合，传动轮在允许范围内的圆跳动通过 上表，若其传动轮断面跳动数值无法达到其满足要求，就需要更换轴 承以达到规定范围之内。 结束语: 本文仅从东轻公司新型扁铸锭高速带锯的生产工作过程中，从机 械传动部分，进行了带轮传动的分析，同时对锯带在工作状态下出现 的问题，通过实际操作与调查，进行了理论上的分析，对公司对高速 锯床锯带抖动问题加以解决，文中论述问题与分析结果只是从机械论 述角度出发，在实际应用中有待改进，来达到生产所需能效。 参考文献: 1.《锯带机说明书》. 沈阳冶金机械厂，1997 2.《机械设计手册》. 第二版. 机械工业出版社,1998 3.《材料力学教程》.北京航空学院材料力学研究室,2000 4.《带锯床断带的愿意及预防》.中国设备工程,1998 5.《数控带锯床锯切工艺及应用》.制造技术与机床，2004