關鍵字：夾具   
   
　　1引言

　　金相試樣切割機主要用于金相試樣的截取和各種材料的下料、切口等，在冶金、汽車、航空航天等制造業(yè)中應用極為廣泛。目前國內缺乏大型的金相試樣切割機，對較大的零件例如汽車曲軸直接進行取樣比較困難，根據試樣切割前后金相組織不變的基本要求，在滿足各種零件的切割效率同時，本文對大型金相試樣切割機進行了設計與研究，最大切割直徑可達150mm，縱向切割范圍可達300mm，滿足了較大零件的截取和下料。

　　同普通機械行業(yè)中的金屬切割不同，切割金相試樣對保持原有組織狀態(tài)比較嚴格，即必須保證所截取試樣的金相組織與原部件組織一致，這就要求在截取試樣的過程當中試樣受熱、受外力作用要盡量小，因為這兩種情況都會引起一定的組織變化。因此，在機械切割金屬試樣時要力求試樣溫度不超過150℃，使切口無過燒現象，試樣真實性好。金相試樣切取的方法可根據取樣零件的大小、材料的性能、現場的實際條件靈活的選擇。盡管有多種截取試樣的方法，但是在金相實驗室切取試樣的要求為：切割面比較光滑平整，截面與軸線的垂直度好，砂輪切割機適用性強，可以切割軟的金屬零件如銅鋁和較硬的金屬零件如淬火后的碳鋼、高速鋼；并可以切割超硬材料如硬質合金、陶瓷等。另外，還要求切割速度快，勞動強度低，操作簡單、靈活，切取試樣尺寸準確，大小適宜，切割成本低等優(yōu)點。根據以上要求，結合國內外現有切割機的特點和優(yōu)點，開始研發(fā)大型切割機。

　　2大型金相切割機機械設計

　　2.1金相試樣切割機的總體結構設計

　　本設計通過機電一體化系統(tǒng)設計的思想對金相試樣切割機的機械主體部分進行了分析與設計，機電一體化技術使傳統(tǒng)的機械設計和改造有了新的思維方法和技術手段；而且信息處理技術是機電一體化技術中必不可少的部分，一個機械系統(tǒng)實現計算機控制，具有信息處理功能，才能實現生產過程的自動化。電子裝置的有機融入，代替了復雜的機械裝置，使設計的金相試樣切割機比以往切割機在滿足工作要求的前提下，結構簡單、操作方便、可靠性和穩(wěn)定性高、自動化程度與生產效率高。

　　切割機為立式結構形式，機械設備主要由動力傳動裝置、執(zhí)行機構與卡具、冷卻系統(tǒng)、機體四大部分組成。根據工件運動和砂輪片運動形式可將金相切割機分為兩類，一類為工件運動，砂輪片固定不動的切割機；另一類為工件固定不動，砂輪片運動的切割機，而運動又分為曲線擺動和直線運動兩種形式。考慮到切割時砂輪片的受力和工件的重量，所以切割機設計為當切割較大工件時，砂輪片擺動而工件做往復運動的形式；當切割較小工件時，砂輪片擺動而工件固定不動的形式。

　　切割過程中，刀具可以上下擺動實現切割進給，工作臺可以實現橫向和縱向的雙向移動以方便切割。砂輪片固定在切割軸上，電動機的輸出轉速經過二級V帶傳動實現砂輪的高速旋轉。砂輪軸通過橫梁與2號軸相連，由步進電機通過蝸輪蝸桿帶動橫梁上下擺動來實現切割進給運動，并可以調節(jié)切割進給的距離。考慮到砂輪軸的自身重量會增加蝸輪的負重而使得切割過程中產生振動影響切割質量，在夾板上通過定滑輪設配重將重量平衡。主電動機為三相異步電動機，通過變頻器實現無級調速。工作臺由橫向絲杠和縱向絲杠帶動，橫向絲杠通過導塊運動帶動工作臺移動。絲杠兩端分別安裝步進電機和手輪，以滿足不同的切割要求。

　　箱罩上設推拉門方便取放加工工件，正面開透視玻璃以觀察切割進程。在切割時，由于磨削阻力會產生大量的熱，因此需加冷卻液保證試樣的充分冷卻。為方便吊起整臺切割機，在底座的兩旁安裝吊環(huán)。工作臺下方安裝兩道篩子接取切割屑，底部安裝內置水箱循環(huán)提供冷卻液。

　　2.2傳動機構設計

　　傳動采用V帶傳動，帶傳動是一種柔性傳動機構，它特別適合于軸間距比較大的場合。帶傳動是機械行業(yè)常用的傳動方式，它能夠緩沖和吸振，運行平穩(wěn)，無噪聲，應用簡單。切割機系統(tǒng)中，主電機的功能為帶動切割片高速旋轉，由于帶傳動具有上述優(yōu)點，系統(tǒng)選用帶傳動進行增速提高切割片的轉速。兩極傳動保證擺臂旋轉運動時不產生中心距的變化。

　　2.3冷卻系統(tǒng)的設計

　　為了保證切割前后試樣的金相組織不變，在切割的過程當中必須對試樣冷卻，冷卻系統(tǒng)由水箱、冷卻泵、出水管、回水管、過濾網組成。在上電后砂輪片旋轉的同時，冷卻泵開始工作，把水箱中的冷卻液泵出，通過出水管噴射到砂輪上，冷卻液在高速旋轉的砂輪離心力的作用下，流向試樣的切割部位，使得砂輪和試樣同時冷卻。冷卻液通過過濾網過濾掉切屑后，由回水管流回水箱，節(jié)省了水資源，保證了切割質量。

　　2.4進給機構的設計

　　由于大型試樣切割機具備了兩種切割模式，所以其進給也包括兩部分，一是砂輪擺臂運行到下限值，工作臺縱向運動，帶動工件進給，從而對夾持工件進行勻速切割。二是砂輪擺臂運行到切割部位，按要求進行勻速切割，當工件尺寸較大時，可采用砂輪臂間歇運動，工作臺縱向進給往復運動，擴大切割大型零件切割尺寸。而砂輪片的進給則是由步進電機通過蝸輪蝸桿帶動橫梁上下擺動，從而實現砂輪片的進給。

　　2.5夾具的設計

　　試樣在切割過程中由于受到砂輪片的徑向力和摩擦力，所以試樣的夾具應裝夾可靠，否則在切割時，不能保證試樣的垂直度，而且砂輪片易損壞造成危險。此外，夾具應具有自鎖功能，裝夾方便。根據以上要求設計了一種快速夾緊夾具，其工作過程為：通過手柄推動夾具夾緊工件，然后旋轉手柄，使夾具產生一個作用于工件的力，從而實現夾具的自鎖。此夾具裝夾工作臺面上，隨著工作臺的進給而運動，切割時試樣受力均衡，可以防止截斷后毛刺的產生。而且操作簡單、裝夾方便，極大減輕了勞動強度，提高了切割的效率。