无机保温材料的六面全自动切削加工

何 玮（兰州交通大学 艺术设计学院，甘肃 兰州 730070）

无机保温材料的六面全自动切削加工

何 玮（兰州交通大学 艺术设计学院，甘肃 兰州 730070）

伴随社会发展及科学技术的进步，针对目前保温包装材料切削加工中现有的加工工序存在的繁琐和不足，进行综合设计与改进。经过优化设计的新型机床能够全自动、快速实现立方体工件六个表面的切削加工，以满足机械加工需求。文章同时重点阐述了该切削机床的核心机构—自动翻转装置的工作原理，可推广用于类似机床的设计。

无机保温材料；立方体工件；切削加工；翻转机构

1 背 景

墙体保温材料包括有机类、复合材料、保温防裂材料和无机类。有机类主要有苯板、聚苯板、挤塑板、聚苯乙烯泡沫板、硬质泡沫聚氨酯、聚碳酸酯及酚醛等； 复合材料类包括有金属夹芯板、芯材为聚苯、玻化微珠、聚苯颗粒等；保温防裂材料主要有电焊网、热镀锌钢丝网、网格布等；无机类主要有珍珠岩水泥板、泡沫水泥板、复合硅酸盐、岩棉、蒸压砂加气混凝土砌块、传统保温砂浆等。

无机保温材料中混凝土砌块是以硅质材料（砂、粉煤灰及含硅尾矿等）和钙质材料（石灰、水泥）为主要原料，掺加发气剂（铝粉），经加水搅拌，由化学反应形成孔隙，通过浇注成型、切割、蒸压养护等工艺过程制成的多孔硅酸盐制品。材料中含有大量的空气，也称为加气砖、加气块。由于混凝土砌块中间的气孔使得物质密度变得很小，可漂浮在水面上，又称为轻质砖、泡沫砖、轻质隔墙砖；材料有效吸收、阻挡声音，亦称为隔音砖、隔声砖。材料具有良好的隔热保温防火性能，也称作隔热砖、保温砖、防火砖、节能砖[1]。传统无机保温材料的防火等级为A级。

目前，对于混凝土砌块这种多孔、较脆的立方体工件的六个表面切削加工，现有的加工工序一般是先加工四个侧面：将工件放在手推小车上，向前推动小车，小车两边的转动锯片铣刀就会切去工件两侧多余的材料；手动转动工件90o后，切削其余两侧面；加工完四个侧面后，将工件平放，推动小车前进，分别加工上下两个表面；最后还要用滚刀铣削加工表面。六个表面切削加工后的混凝土砌块确保表面足够平整（如图1所示）。

上述传统的加工机床每道工序最多只能加工两个表面，各工序间都需要人工手动操作，危险系数高、劳动强度大、效率低下，工件定位精度较难保证；并且防尘效果差，环境污染严重，对工作人员身体健康造成损害。

图1 混凝土砌块

2 设计方案

2.1 切削机床的工作流程

切削机床的工作流程（如图2所示），当工件放到小车上时，通过检测装置检测到工件，电动机通过链传动带动小车前行，前进过程中碰到夹紧装置，沿轨道方向自动夹紧[2]。由电动机通过带传动带动盘铣刀粗铣工件的上表面，小车继续前进，机架两侧的锯片加工两个侧面，之后，再用滚刀精铣上表面，在此过程中小车一直匀速运动，加工完成后运动到一定位置时，通过检测，小车停止，通过翻转机构，将工件夹紧并翻转180o，此时小车沿与原路线成90o的方向运动，加工下底面及左右两侧面，加工方法与前面加工过程类似，只是根据工件尺寸机床外形尺寸也有所改变[3]。同时在机架的底部两侧设计了排料装置，将废料自动收集排出，有效减少了人力和物力，提高了生产效率。

图2 切削机床的工作流程图

2.2 整体方案设计

立方体工件六面全自动切削机床的整体结构如图3所示。

图3 立方体工件六面全自动切削机床结构示意图

针对传统加工机器进行改良，设计出一种立方体工件六面全自动切削机床，根据流水线前后顺序依次装备上游切削装置、翻转装置以及下游切削装置。上游切削装置及下游切削装置包括用于夹紧立方体工件的切削夹持机构和用于切削立方体工件上表面及两个相对侧面的切削机构；翻转装置包括用于夹紧工件的翻转夹持机构，以及用于将立方体工件翻转180o的翻转机构。立方体工件经过上游切削装置切削上表面及两个相对侧面、经翻转装置翻转180o后，输送至下游切削装置，切削下表面及两相对侧面。

下游切削装置和上游切削装置位置呈垂直布置，其切削机构包括用于铣削工件顶面的铣削装置以及锯削工件两相对侧面的锯削装置。

工件夹紧机构，包括主动丝杠、主动丝杠与移动轴和主动转轴平行设置；连接板与主动丝杠配合的螺母固定连接，与移动轴轴承连接；主动丝杠转动带动固定连接于螺母上的连接板移动，带动移动轴轴向移动，固定连接于移动轴上的左夹持板或右夹持板随之移动，左右夹持板之间的距离增大或缩小实现工件的松开或夹紧。

翻转机构包括主动转轴以及移动轴，主动转轴连接电机带动移动轴转动，固定连接于主动转轴以及移动轴上的左夹持板与右夹持板随之转动[4]。

2.3 翻转装置设计

翻转夹持机构包括用于夹持工件的左夹持板及右夹持板，分别固定连接于移动轴和主动转轴之一上，其板面平行设置；移动轴与主动转轴同轴设置，且移动轴相对主动转轴可轴向移动而不相互转动的连接（如图4所示）。

图4 翻转装置结构示意图

自动翻转装置包括基座、翻转体和夹持体：(1)基座，用来连接其它机构，支撑和固定翻转体、夹持体；(2)夹持体，实现夹紧工件，为翻转做好准备；(3)翻转体，实现工件的有效翻转[5,6]。

3 结 语

混凝土砌块既保护土地资源和生态环境，节约能源，又促进循环经济发展。可以有效地减轻建筑物的自重，减少基础和结构投入，非常适合各类工业与民用建筑中的框架结构；其保温隔热效果与49cm的实心砖墙相当，冬暖夏凉，大大改善居住条件，节约能源，并且增加了建筑物的使用面积；具有良好的隔音效果，依其厚度不同可隔音40-50分贝，同时也是一种良好的吸音材料。全自动切削加工可以实现对保温隔热材料的切削加工制作的自动化、简单化和流水线化，明显缩短保温材料的切削加工时间，提高切削效率，并降低保温隔热材料的加工制作成本。对社会可持续发展、倡导低碳生活和提升我国相关产业竞争力具有积极的促进作用。

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

[2]一道工序可对工件进行全面加工[J].现代制造,2010(39)：58.

[3]宋联美,徐素莉,贾利晓. 农用车总装线翻转机构改进设计[J]. 洛阳理工学院学报(自然科学版),2008,18(1)01:50-52.

[4]孙奇,赵波,李德伟等.通用抽油机专用翻转机的设计应用[J].焊接,2004,48(11):45-46.

[5]濮良贵,纪名刚.机械设计(第七版)[M]. 北京: 高等教育出版社,2002.

[6]张宝东,冯如意, 刘廷辉.一种90o正弦槽轮翻转机构[J].制造技术与机床,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

甘肃省科技支撑计划资助项目(2011GS04081)