一种轴承锻件加工用高速圆锯机的制作方法

本发明涉及金属切削加工设备，特别是涉及一种轴承锻件加工用高速圆锯机。

背景技术：

1、在轴承制造行业中，锻造工序前的坯料下料质量直接影响后续锻件的成型精度、材料利用率和生产成本。轴承钢（如gcr15）属于高碳铬轴承钢，具有硬度高（退火状态硬度约为hb179-207）、耐磨性好但切削加工性较差的特点，且材料价值昂贵。

2、高速圆锯机因切割效率高、切口窄、材料损耗低，已成为轴承钢棒料精密下料的主流设备。其工作原理是采用薄型圆锯片（厚度通常≤2.5mm），通过操作臂的摆动实现进给锯切。然而，在实际生产中存在以下突出技术缺陷：

3、锯切颤振严重：锯片在切入棒料直径的1/3至2/3区域时，径向切削力发生突变，加之薄锯片自身横向刚度较低，极易激发横向颤振。颤振不仅导致锯切断面质量恶化（表面粗糙度ra≥6.3μm，远高于后续精加工要求的ra≤3.2μm），还会加速锯齿崩裂、锯片产生疲劳裂纹。

4、锯片使用寿命短：在持续颤振工况下，圆锯片承受非稳态交变应力，锯齿疲劳崩刃，锯片实际使用寿命通常仅为3-5万次切割，频繁更换锯片导致设备综合效率低下，并增加刀具成本。

5、切削液/润滑剂浪费与污染：传统外部喷射润滑方式难以有效进入狭窄切缝，且大量切削液被高速甩出，造成车间环境脏污，不利于环保。

6、现有技术中虽有在锯片侧面增设刚性导板或压块以抑制振动的方案，但此类接触式约束会加剧锯片摩擦磨损，甚至因切屑嵌入而卡死。非接触式气浮或磁浮阻尼装置结构复杂、成本高昂，且难以适应锯片摆动的工况。

技术实现思路

1、为克服现有技术存在的技术缺陷，本发明提供一种轴承锻件加工用高速圆锯机，包括床身、设置于床身上的工作台、安装于工作台上方的操作臂、安装于操作臂的圆锯片、用于驱动操作臂摆动的进给单元、用于夹持棒料的夹持单元、自动送料单元以及控制系统；还包括被动约束型阻尼抑振系统，所述被动约束型阻尼抑振系统包括：

2、左阻尼环和右阻尼环，二者对称地设置于所述圆锯片的切割区域两侧，该切割区域是指圆锯片与棒料相接触并发生切断的部位，圆锯片的切割段从左阻尼环和右阻尼环之间穿过；

3、所述左阻尼环和右阻尼环通过可摆动的随动臂安装于操作臂的架体上，该随动臂的摆动轴线与操作臂的摆动轴线之间的关系平行或重合；所述左阻尼环和右阻尼环朝向圆锯片的内端面与圆锯片对应的侧面之间保持0.05-0.5mm的均匀环状气隙； 所述左阻尼环和右阻尼环的内端面上开设有多个油槽，所述油槽内填充有阻尼介质； 所述左阻尼环和右阻尼环的内端面表面涂覆有弹性自润滑涂层，该涂层的厚度为0.1-0.3mm；

4、还包括设置于左阻尼环和右阻尼环外围的正压气幕发生装置，正压气幕发生装置上设有多个微型喷嘴向气隙入口喷射压缩空气，在气隙外围形成环形气幕；

5、所述控制系统被配置为：在锯切过程中，使所述左阻尼环和右阻尼环相对于所述圆锯片产生旋转运动，从而在左阻尼环和右阻尼环与圆锯片之间形成差速，将阻尼介质持续涂布于圆锯片表面。

6、优选的，所述阻尼介质为半固态阻尼脂，其在25℃时的锥入度为250-300，滴点≥180℃；所述油槽11为螺旋槽、径向直槽和网格状槽中的一种，槽深0.1-1.0mm，槽宽0.5-2.0mm；所述阻尼环的内端面的外侧上还设有螺旋排屑槽，该螺旋排屑槽)的深度为0.3-0.5mm，螺旋角大于60°，螺旋方向设置为在阻尼环旋转时将进入气隙的切屑向远离圆锯片的方向甩出。

7、优选的，所述左阻尼环和右阻尼环通过滚动轴承安装于随动臂上，旋转运动由圆锯片旋转时阻尼脂在气隙)中产生的粘性剪切力被动驱动，使得左阻尼环和右阻尼环的转速为圆锯片转速的1%-10%且旋转方向相同；所述滚动轴承为p4级以上精度的角接触球轴承，并施加有轻预紧力；阻尼环的外径为圆锯片直径的0.4-0.7倍，阻尼环的轴向宽度为5-20mm。

8、优选的，还包括独立驱动装置，该驱动装置包括伺服电机、减速器及传动机构，所述伺服电机通过电机座固定于所述随动臂上，所述传动机构为以下机构中的至少一种：齿轮传动机构、同步带传动机构、摩擦轮传动机构；所述独立驱动装置用于独立控制左阻尼环和右阻尼环的转速和旋转方向。

9、优选的，所述左阻尼环和右阻尼环的轴向位置可独立调节；每个左阻尼环和右阻尼环与对应的随动臂之间设有气隙调节结构，该调节结构为包括设置在操作臂上的水平导轨，所述水平导轨上设有水平导轨移动的滑动块，且所述滑动块与随动臂相固定，且所述水平导轨上设有驱动滑动块7做精密运动的直线驱动机构。

10、优选的，所述控制系统还被配置为执行以下多种工作模式：

11、预浸润模式：在锯切开始前且圆锯片已旋转后，驱动左阻尼环和右阻尼环以5-30rpm的速度进行单向旋转或往复摆动，持续1-5秒；

12、切割区域强化阻尼模式：在圆锯片切入棒料6直径的1/3至2/3区间，驱动左阻尼环和右阻尼环以20-100rpm的速度与圆锯片反向旋转；

13、动态气隙调节模式：在正常锯切时保持0.05-0.2mm的气隙；当振动传感器检测到高频冲击信号时，控制系统通过直线驱动机构瞬间将左阻尼环和右阻尼环沿轴向推开，使气隙短暂增大至0.5mm并启动正压气幕吹除切屑，然后恢复至正常气隙；

14、后浸润模式：在锯切完成后且圆锯片停止摆动前，驱动左阻尼环和右阻尼环以5-20rpm的速度继续旋转5-15秒。

15、优选的，还包括振动传感与碰撞预警组件，该组件包括：

16、至少一个振动传感器，安装于随动臂或操作臂上，用于实时检测圆锯片的横向振动幅值、频率及加速度；

17、间隙监测传感器，该传感器为以下两种传感器中的一种：电容式位移传感器、激光位移传感器，安装于随动臂上，用于实时测量圆锯片与左阻尼环和右阻尼环内端面之间的瞬时距离；

18、所述控制系统包含控制器，当间隙监测传感器测得距离小于0.03mm或振动传感器测得的振幅超过0.4mm时，控制器立即执行以下操作中的至少一种：紧急退刀、降低进给速度、停止主轴旋转；

19、所述控制器还基于振动传感器的反馈信号，采用自适应算法动态调节独立驱动装置的输出转速，使左阻尼环和右阻尼环与圆锯片之间的差速实时匹配当前的颤振状态；当检测到的振动加速度超过0.5g时，控制器立即执行以下两种操作中的至少一种：将阻尼环的旋转方向切换为反向、将差速增大至预设最大值的80%-100%。

20、优选的，所述左阻尼环和右阻尼环由由导热系数≥100 w/(m·k)的铜合金制成；所述弹性自润滑涂层为聚酰亚胺基复合涂层，其中添加有质量百分比5%-15%的固体润滑剂，该固体润滑剂为以下二硫化钼、石墨两种物质中的至少一种。

21、优选的，包括以下步骤：

22、设备启动与预浸润步骤：启动主轴电机使圆锯片旋转，同时启动正压气幕发生装置，驱动左阻尼环和右阻尼环相对于圆锯片产生旋转运动，通过阻尼环内端面的油槽将半固态阻尼脂涂布于圆锯片两侧表面，形成厚度为0.05-0.5mm的阻尼脂膜，该预浸润过程持续1-5秒；

23、进给锯切与区域自适应阻尼步骤：控制进给单元驱动操作臂摆动，使圆锯片切入棒料；在圆锯片进入棒料直径的1/3至2/3的径向切削力突变区间时，控制系统通过独立驱动装置或被动粘性剪切力，使左阻尼环和右阻尼环与圆锯片之间形成可控差速，该差速为以下两种形式中的一种：同向加速旋转、反向旋转；同时，控制系统实时监测圆锯片的振动加速度和圆锯片与左阻尼环和右阻尼环之间的瞬时间隙；

24、动态气隙调节与碰撞规避步骤：当监测到振动信号中出现表征切屑侵入的高频冲击分量时，控制系统通过压电致动器瞬间将阻尼环沿轴向推开，使气隙宽度从0.05-0.2mm短暂增大至0.5mm，并维持正压气幕吹除切屑，随后恢复至正常气隙；当监测到圆锯片与左阻尼环和右阻尼环之间的气隙小于0.03mm或圆锯片横向振幅超过0.4mm时，控制系统立即执行以下操作中的至少一种：紧急退刀、降低进给速度、停止主轴旋转；

25、后浸润与结束步骤：锯切完成且圆锯片退出切缝后，控制阻尼环以5-20rpm的速度继续旋转5-15秒，对圆锯片进行清洁与保护性涂油，随后停止左阻尼环和右阻尼环与圆锯片的旋转，松开夹持单元，完成一次切割循环。

26、本发明的有益效果是：

27、1、本发明在圆锯片切割区域两侧对称设置非接触式左、右阻尼环，二者与锯片侧面之间保持微小均匀气隙，并在气隙内填充半固态阻尼脂。锯切过程中，控制系统驱动阻尼环与锯片形成可控差速旋转，在气隙中产生稳定的挤压油膜效应和粘性剪切阻尼力。该阻尼机制直接作用于锯片横向振动模态，能够有效吸收和耗散颤振能量。

28、2、本发明通过持续抑制颤振，消除了这一疲劳破坏源。同时，阻尼环内端面的油槽将半固态阻尼脂持续涂布于锯片表面，形成保护性润滑膜，减少锯片与切屑、工件之间的摩擦磨损。

29、3、本发明摒弃了传统大量喷射切削液的润滑方式。阻尼介质为半固态阻尼脂，被封闭约束在阻尼环与锯片之间的微小气隙内，通过旋转涂布方式精准作用于锯片表面。同时，外围设置的正压气幕发生装置在气隙入口形成环形气幕，有效阻止阻尼脂外泄和切屑侵入。整个锯切过程中无切削液飞溅，车间地面和设备表面保持清洁，符合绿色制造要求，同时降低了切削液采购和废液处理成本。

30、4、本发明集成了振动传感器和间隙监测传感器，配合控制系统的多种工作模式，具备完善的智能安全防护能力。当检测到切屑侵入气隙时，系统可瞬间将阻尼环沿轴向推开并增强气幕吹除，实现动态自清洁；当监测到间隙过小或振幅超标时，系统立即执行紧急退刀、减速或停机，有效避免锯片与阻尼环发生碰撞。此外，自适应差速算法能够根据实时振动状态动态调节阻尼强度，在剧烈颤振发生时自动切换反向旋转或增大差速，快速抑制振动。这些功能保障了设备在复杂工况下的运行安全性。

31、5、本发明将阻尼环通过随动臂安装于操作臂上，且随动臂的摆动轴线与操作臂的摆动轴线平行或重合。该设计确保在锯片摆动进给过程中，阻尼环始终跟随锯片运动，保持最佳阻尼作用区域不变。无论切割大直径还是小直径棒料，阻尼环均能有效覆盖锯片与工件的接触区域，无需人工调整，适应性强，便于批量化生产应用。