無機保溫材料的六面全自動切削加工

何 瑋（蘭州交通大學(xué) 藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

無機保溫材料的六面全自動切削加工

何 瑋（蘭州交通大學(xué) 藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

伴隨社會發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的進步，針對目前保溫包裝材料切削加工中現(xiàn)有的加工工序存在的繁瑣和不足，進行綜合設(shè)計與改進。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的新型機床能夠全自動、快速實現(xiàn)立方體工件六個表面的切削加工，以滿足機械加工需求。文章同時重點闡述了該切削機床的核心機構(gòu)—自動翻轉(zhuǎn)裝置的工作原理，可推廣用于類似機床的設(shè)計。

無機保溫材料；立方體工件；切削加工；翻轉(zhuǎn)機構(gòu)

1 背 景

墻體保溫材料包括有機類、復(fù)合材料、保溫防裂材料和無機類。有機類主要有苯板、聚苯板、擠塑板、聚苯乙烯泡沫板、硬質(zhì)泡沫聚氨酯、聚碳酸酯及酚醛等； 復(fù)合材料類包括有金屬夾芯板、芯材為聚苯、玻化微珠、聚苯顆粒等；保溫防裂材料主要有電焊網(wǎng)、熱鍍鋅鋼絲網(wǎng)、網(wǎng)格布等；無機類主要有珍珠巖水泥板、泡沫水泥板、復(fù)合硅酸鹽、巖棉、蒸壓砂加氣混凝土砌塊、傳統(tǒng)保溫砂漿等。

無機保溫材料中混凝土砌塊是以硅質(zhì)材料（砂、粉煤灰及含硅尾礦等）和鈣質(zhì)材料（石灰、水泥）為主要原料，摻加發(fā)氣劑（鋁粉），經(jīng)加水?dāng)嚢瑁苫瘜W(xué)反應(yīng)形成孔隙，通過澆注成型、切割、蒸壓養(yǎng)護等工藝過程制成的多孔硅酸鹽制品。材料中含有大量的空氣，也稱為加氣磚、加氣塊。由于混凝土砌塊中間的氣孔使得物質(zhì)密度變得很小，可漂浮在水面上，又稱為輕質(zhì)磚、泡沫磚、輕質(zhì)隔墻磚；材料有效吸收、阻擋聲音，亦稱為隔音磚、隔聲磚。材料具有良好的隔熱保溫防火性能，也稱作隔熱磚、保溫磚、防火磚、節(jié)能磚[1]。傳統(tǒng)無機保溫材料的防火等級為A級。

目前，對于混凝土砌塊這種多孔、較脆的立方體工件的六個表面切削加工，現(xiàn)有的加工工序一般是先加工四個側(cè)面：將工件放在手推小車上，向前推動小車，小車兩邊的轉(zhuǎn)動鋸片銑刀就會切去工件兩側(cè)多余的材料；手動轉(zhuǎn)動工件90o后，切削其余兩側(cè)面；加工完四個側(cè)面后，將工件平放，推動小車前進，分別加工上下兩個表面；最后還要用滾刀銑削加工表面。六個表面切削加工后的混凝土砌塊確保表面足夠平整（如圖1所示）。

上述傳統(tǒng)的加工機床每道工序最多只能加工兩個表面，各工序間都需要人工手動操作，危險系數(shù)高、勞動強度大、效率低下，工件定位精度較難保證；并且防塵效果差，環(huán)境污染嚴(yán)重，對工作人員身體健康造成損害。

圖1 混凝土砌塊

2 設(shè)計方案

2.1 切削機床的工作流程

切削機床的工作流程（如圖2所示），當(dāng)工件放到小車上時，通過檢測裝置檢測到工件，電動機通過鏈傳動帶動小車前行，前進過程中碰到夾緊裝置，沿軌道方向自動夾緊[2]。由電動機通過帶傳動帶動盤銑刀粗銑工件的上表面，小車?yán)^續(xù)前進，機架兩側(cè)的鋸片加工兩個側(cè)面，之后，再用滾刀精銑上表面，在此過程中小車一直勻速運動，加工完成后運動到一定位置時，通過檢測，小車停止，通過翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，將工件夾緊并翻轉(zhuǎn)180o，此時小車沿與原路線成90o的方向運動，加工下底面及左右兩側(cè)面，加工方法與前面加工過程類似，只是根據(jù)工件尺寸機床外形尺寸也有所改變[3]。同時在機架的底部兩側(cè)設(shè)計了排料裝置，將廢料自動收集排出，有效減少了人力和物力，提高了生產(chǎn)效率。

圖2 切削機床的工作流程圖

2.2 整體方案設(shè)計

立方體工件六面全自動切削機床的整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 立方體工件六面全自動切削機床結(jié)構(gòu)示意圖

針對傳統(tǒng)加工機器進行改良，設(shè)計出一種立方體工件六面全自動切削機床，根據(jù)流水線前后順序依次裝備上游切削裝置、翻轉(zhuǎn)裝置以及下游切削裝置。上游切削裝置及下游切削裝置包括用于夾緊立方體工件的切削夾持機構(gòu)和用于切削立方體工件上表面及兩個相對側(cè)面的切削機構(gòu)；翻轉(zhuǎn)裝置包括用于夾緊工件的翻轉(zhuǎn)夾持機構(gòu)，以及用于將立方體工件翻轉(zhuǎn)180o的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。立方體工件經(jīng)過上游切削裝置切削上表面及兩個相對側(cè)面、經(jīng)翻轉(zhuǎn)裝置翻轉(zhuǎn)180o后，輸送至下游切削裝置，切削下表面及兩相對側(cè)面。

下游切削裝置和上游切削裝置位置呈垂直布置，其切削機構(gòu)包括用于銑削工件頂面的銑削裝置以及鋸削工件兩相對側(cè)面的鋸削裝置。

工件夾緊機構(gòu)，包括主動絲杠、主動絲杠與移動軸和主動轉(zhuǎn)軸平行設(shè)置；連接板與主動絲杠配合的螺母固定連接，與移動軸軸承連接；主動絲杠轉(zhuǎn)動帶動固定連接于螺母上的連接板移動，帶動移動軸軸向移動，固定連接于移動軸上的左夾持板或右夾持板隨之移動，左右夾持板之間的距離增大或縮小實現(xiàn)工件的松開或夾緊。

翻轉(zhuǎn)機構(gòu)包括主動轉(zhuǎn)軸以及移動軸，主動轉(zhuǎn)軸連接電機帶動移動軸轉(zhuǎn)動，固定連接于主動轉(zhuǎn)軸以及移動軸上的左夾持板與右夾持板隨之轉(zhuǎn)動[4]。

2.3 翻轉(zhuǎn)裝置設(shè)計

翻轉(zhuǎn)夾持機構(gòu)包括用于夾持工件的左夾持板及右夾持板，分別固定連接于移動軸和主動轉(zhuǎn)軸之一上，其板面平行設(shè)置；移動軸與主動轉(zhuǎn)軸同軸設(shè)置，且移動軸相對主動轉(zhuǎn)軸可軸向移動而不相互轉(zhuǎn)動的連接（如圖4所示）。

圖4 翻轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

自動翻轉(zhuǎn)裝置包括基座、翻轉(zhuǎn)體和夾持體：(1)基座，用來連接其它機構(gòu)，支撐和固定翻轉(zhuǎn)體、夾持體；(2)夾持體，實現(xiàn)夾緊工件，為翻轉(zhuǎn)做好準(zhǔn)備；(3)翻轉(zhuǎn)體，實現(xiàn)工件的有效翻轉(zhuǎn)[5,6]。

3 結(jié) 語

混凝土砌塊既保護土地資源和生態(tài)環(huán)境，節(jié)約能源，又促進循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展。可以有效地減輕建筑物的自重，減少基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)投入，非常適合各類工業(yè)與民用建筑中的框架結(jié)構(gòu)；其保溫隔熱效果與49cm的實心磚墻相當(dāng)，冬暖夏涼，大大改善居住條件，節(jié)約能源，并且增加了建筑物的使用面積；具有良好的隔音效果，依其厚度不同可隔音40-50分貝，同時也是一種良好的吸音材料。全自動切削加工可以實現(xiàn)對保溫隔熱材料的切削加工制作的自動化、簡單化和流水線化，明顯縮短保溫材料的切削加工時間，提高切削效率，并降低保溫隔熱材料的加工制作成本。對社會可持續(xù)發(fā)展、倡導(dǎo)低碳生活和提升我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)競爭力具有積極的促進作用。

[1]http://www.yczx.tv/l.

[2]一道工序可對工件進行全面加工[J].現(xiàn)代制造,2010(39)：58.

[3]宋聯(lián)美,徐素莉,賈利曉. 農(nóng)用車總裝線翻轉(zhuǎn)機構(gòu)改進設(shè)計[J]. 洛陽理工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2008,18(1)01:50-52.

[4]孫奇,趙波,李德偉等.通用抽油機專用翻轉(zhuǎn)機的設(shè)計應(yīng)用[J].焊接,2004,48(11):45-46.

[5]濮良貴,紀(jì)名剛.機械設(shè)計(第七版)[M]. 北京: 高等教育出版社,2002.

[6]張寶東,馮如意, 劉廷輝.一種90o正弦槽輪翻轉(zhuǎn)機構(gòu)[J].制造技術(shù)與機床,2013(2)：114-115.

Automatic cutting machine tools on six sides of inorganic thermal insulation materials

Along with the development of society and the advance of technology, aiming at the complexity and deficiency of the existing machining procedures of current thermal insulating packing materials, the integrated design and improvement of the processing technology were described in this paper. The optimized design of new machine tool could accomplish the machining of six workpiece surfaces of cube automatically and quickly to meet the requirements of machining operations. In this paper, we focus on the automatic cutting machine turn-over mechanism and elaborate the design process and working theory.

inorganic thermal insulation materials；cubic work pieces；cutting process；turn-over mechanics

TG75

：B

：1003-8965（2017）02-0015-02

甘肅省科技支撐計劃資助項目(2011GS04081)