曲线锯的工作原理（曲线带锯机工作原理及锯切时锯路的形成）
曲线带锯机工作原理
带锯条是两端焊接在一起的薄的柔性钢带，锯条本身不具备任何抗扭能力[4]。当对工件进行曲线加工时，曲线带锯机的锯条将会按照预定的曲线轨迹进行切割。由于锯路宽度是有限的，锯条还具有一定的宽度，所以锯切加工面与锯条背部定会受到接触和挤压，使带锯条产生扭转变形而影响工作。因此，必须保证加工时，锯条和曲线轨迹时刻相切[5]，减少锯切面和锯条背部的接触和挤压。
现有的曲线带锯机曲线锯切的方式主要有两种：
第一种是带锯机主机以带锯条工作边锯齿尖垂直连线为中心，根据曲线形状绕着这个中心旋转摆动，同时工件固定在工作台上沿着 X 轴和 Y 轴方向移动，带锯机主机的摆动机构和工作台的移动机构均采用了伺服电机驱动共同完成曲线形状锯割；
第二种是带锯条的工作边绕着锯齿尖垂直连线回转摆动，带锯机主机固定不动，同时工件固定在工作台上做 X 轴和 Y 轴方向移动，其中带锯条的工作边的回转摆动和工作台沿着 X、Y 轴方向的移动均使用数控技术，曲线形状锯割采用计算机自动编程技术完成[6]。
笔者针对第二种曲线锯切方式进行分析讨论，其工作原理图如图1所示。
图1 数控曲线带锯机工作原理图
Fig.1 Working principle diagram of CNC curve band saw machine
工件（4）被气动夹紧系统（5）固定在横向工作台（6）和纵向工作台（7）上在X、Y两方向上做直线运动，同时带锯条（2）通过旋转导向锯卡（3）实现绕Z轴回转摆动，配合共同完成曲线锯切。进行曲线锯切时，由计算机控制纵向与横向伺服电机，使工作台横纵向运动，最终完成曲线锯切。可转动锯卡在计算机控制下通过步进电机驱动齿轮转动，使可转动锯卡转过相应角度，从而实现锯条始终与曲线相切。工作台的直线运动与锯条的摆动共同合成目标曲线轨迹，并由主机完成对工件的加工。
2 曲线锯切时锯路的形成
曲线加工就是利用数控机床加工一个复杂的曲线零件，可以归纳为控制刀具沿着已知方程的曲线轨迹运动[7],采用分割的方法将目标曲线划分为一段一段的直线或圆弧进行加工[8]。带锯条的锯齿交错排列，因此带锯条的锯切宽度大于锯条厚度，这样可以避免在锯切木材时发生夹锯现象。锯切后的加工表面与锯条表面形成间隙，曲线锯切时则会利用到这种间隙[9]。所以进行曲线锯切时，必须保证锯齿的主切削刃与木材加工平表面相垂直，始终保持锯条沿着轮廓曲线的切线方向[10]，尽量减少板材与锯条的接触。曲线带锯机锯切曲线的基本原理是将曲线分割细化，具体如下：
1）锯齿沿着目标曲线锯切木材，锯齿的前一锯切点与后一锯切点连成一段直线，整个曲线就是由一段一段的短直线构成，每一段直线长度为Δl。
2）锯条的运动轨迹与锯切形成的曲线弧度相符。总之，偏移的锯条不能与锯切后的两个锯切面接触，锯齿必须沿着曲线移动。
3）整条曲线是由锯条锯切出的短直线伴随着锯切方向改变与锯条的偏转插补出来的。
4）整条曲线的完成是上述描述的动作不断地重复。
图2 曲线锯切
Fig.2 Cut a curve line
任长清 姜 鑫 李金磊 王 新 顿国强
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