半球形金属件专用可调带锯床夹持装置的设计

王述强，杨庆辉，熊雪峰

（中国工程物理研究院材料研究所，四川江油 621907）

0 引言

带锯床广泛应用于各类金属材料和部件的切割作业，具有切割解体效率高、经济性好等特点。然而，目前市售的带锯床出厂标准配置中的夹持工装基本以平直大开口的液压平口钳为主，仅适用于板件、棒件及具有规格型面工件的切割夹持，对于异形件没有配套专用的夹持工装，若采用现有夹具势必会增加切割难度和安全风险，同时难以达到工艺要求。在实际工作中，遇到不同尺寸的半球形金属件的径向锯切加工，对切割下料尺寸精度和下刀准直性要求较高，需要保证加工过程中工件的位置及角度稳定性，设备现有的平口钳夹具无法满足这类锯切夹持任务。本设计的目的在于克服现有技术及设计的不足，提供一种带锯床用半球形金属件专用可调夹持装置的设计方案，具有定位速度快、锯切效率高、尺寸控制精度良好等优点。

1 装置设计与工作过程

1.1 装置设计

如图1所示，该装置主体由吊装机架、固定支架、锯切槽、端顶板、压料板、定位板、前后支撑块等零部件构成。其中，压料板1、拉紧螺杆2、六角螺母3及定位螺钉18、定位板19共同构成轴向固定机构；顶紧螺钉8、压块10、上拉螺钉12、旋转压块13、前支撑块14、下支撑块15、下支撑轴16构成径向固定机构；定位螺钉18和定位板19可构成锯切调整机构。此外，压块10和带锯床液压平口钳配合使用时还可保证锯切槽与锯条始终处于同一垂直面内，防止误切夹持装置。

图1 带锯床用半球形金属件专用可调夹持装置[1-5]

此外，为了安全高效地提拉空心半球形工件，还专门设计了弓形吊装组件装置，如图2所示。其主要结构包括直接固定工件的上压紧头5、下压紧头6，主体结构弓形架4及压紧头间距调整机构压紧螺钉1和上压螺母2。

图2 空心半球形工件专用吊装装置[1-5]

1.2 工作过程

上述夹持装置可与大多数市售带锯床配套的液压平口钳配合使用。以空心半球形工件为例，工作时，首先根据所需锯切位置及角度，通过调节定位板、定位螺钉及六角螺母来预设锯切槽宽度与定位板位置。其次，使用弓形吊装组件将工件吊装平稳放置于夹持装置内，其圆弧端朝压料板方向、平面端朝定位板方向，下端则落在下支撑块上。借助辅助用水平尺，进一步微调定位板及定位螺钉来确定工件最终放置形态。在此基础上，旋紧拉紧螺杆使压料板初步固定待锯切工件的轴向位置，然后调节压块上的六角螺母以提升旋转压块，使其通过杠杆作用向下顶住工件以固定径向位置。对于实心半球形工件，还需通过旋紧固定支架两侧共4个顶紧螺钉以进一步固定工件径向位置。完成上述固定工序后，通过吊车将夹持装置与工件吊装至带锯床平口钳中间，将夹持装置两端的压块卡入卡钳上的凹口内，启动设备液压动力后平口钳完成对夹持装置的固定，便可进行锯切工作。

2 设计特点

2.1 轴向固定与锯切调整机构

该部分机构如图3中阴影部分所示，具有稳定半球形工件轴向或水平位置，以及在一定范围内调整工件轴向锯切位置和径向锯切角度的功能。通过同时调节拉紧螺杆和定位螺钉可实现压料板与定位板的水平位移，涉及的螺钉及支撑部件采用较高强度的不锈钢和06Cr19Ni10合金，可承受较大的应力作用，足以紧固工件轴向位置。压料板内侧加工有弧形内槽面，用于贴合工件球顶球面，有利于更好地固定工件。必要情况下需以一定角度锯切工件时，对拉紧螺杆和定位螺钉进行不同距离的微调，可实现压料板及定位板的倾斜度（如图3（b）），现有设计可在-18°～＋18°范围内转动）调整，且操作过程方便快捷。

图3 可调夹持装置俯视图及侧视图[1-5]1.压料板 2.拉紧螺杆 3.定位板 4.定位螺钉5.压料板弧形内槽面

2.2 径向固定机构

如图4中阴影部分所示，径向固定机构主要由紧固螺钉和旋转压块及底部支撑块构成，利用向下压紧力和侧、底部支撑力的协同作用将工件径向位置有效固定。把工件放置在下端支撑块上后，通过上旋上拉螺钉使旋转压块下压，并通过杠杆作用向下顶紧工件，从而固定其径向或垂直位置。锯切过程中，工件因受到来自锯条的较大切向应力而易发生转动，通过调节4 个不同方向的不锈钢顶紧螺钉，可有效紧固工件。综上所述，径向固定机构可通过较为便捷的调整方式从8 个不同径向方向固定工件。图5所示为本文设计的带锯床用半球形工件径向锯切专用夹持装置的实物图。

图4 可调夹持装置A-A和B-B视图[1-5]

图5 可调夹持装置实物图（E向俯视）

2.3 工件快速吊装

弓形吊装装置的设计是为了安全高效地实现空心半球形工件的快速吊装。结合图2和图6可知，对于具有一定厚度的空心半球形工件，通过旋转压紧螺钉可在较大尺寸范围内调节上、下压紧头之间的间距，将装置卡在工件平面端内、外面两侧，旋紧压紧螺钉进行紧固，提拉吊环螺钉后可通过上、下压紧头及弓形架之间的杠杆作用力卡住工件，并保证其平面端几乎以垂直方向进行吊装和转运，操作过程方便快捷。结合实物图可看出，该装置总体采用不锈钢和06Cr19Ni10合金材料，结构简单、可靠性好，配合上述径向锯切夹持装置可显著提高类似厚重金属工件的锯切效率。

图6 空心半球形工件吊装装置吊装示意图及实物图

3 结语

针对目前市场上带锯床尚未配套异形金属工件的专用锯切夹持工装的现状，本文提出了一种带锯床用半球形金属件专用可调夹持装置的设计，旨在减少劳动强度、提高锯切精度，在保证操作安全性的同时提高相关生产效率。该装置基于简单合理的结构设计与工程应用，通过轴向与径向多角度载荷进行工件的固定，可有效解决平口钳夹具处理半球形工件时遇到的问题、降低安全风险。通过安全便捷的调节，可快速完成半球形工件的位置与角度定位，实现较高的锯切精度。针对性地设计了空心半球形工件的快速吊装装置，基于简单结构与操作过程，配合半球形工件径向锯切夹持装置可大幅提高同类厚重金属工件的锯切效率与安全性。

上述装置在实际使用过程中效果显著、全部达到了预期目标，可有力保障相关生产加工任务的顺利完成。后续将进一步针对球形、椭球形、变径柱状体等异形件开展夹持装置的改进和优化设计，提高装置的通用性。若结合数控改造将装置嵌入带锯床程控系统中，可进一步实现装置的自动化控制与使用。