基于管材/棒材的切割機結構設計

郭曉彬

摘? 要：伴隨著我國科學技術水平的發(fā)展，工業(yè)化進程的加快，人們對工業(yè)產品的生產效率及質量的要求越來越高，管材/棒材的切割便是其中之一。本文就是在這樣的背景下，以鑄造的管材/棒材為對象，以提高生產效率、加大切割成品率為目的，提出了基于管材/棒材的切割機結構設計。

關鍵詞：棒材;切割機;電氣控制

1.引言

機電一體化產品在各種各樣的工業(yè)中廣泛應用，這種廣泛性在一定程度上也促進了切割技術的發(fā)展，手工切割的時代已經過去，工業(yè)切割的時代正在行進。在工業(yè)切割時代，人們對于切割機的加緊機構有了更深層次的要求，因此，切割機加緊機構實現了質的飛躍。日常簡單的機械手已隨處可見，它經過幾十年的沉淀，現今已經發(fā)展為通用機械手的時代。在這幾十年間，從簡單到通用，研究不斷深入，技術也不斷在發(fā)展和進步，設計師的不斷改進，種類的不斷增加，應用范圍也在不斷擴展。簡單機械手有其自身的特征，例如：仿人操作、自動生產、自動控制，由于這些特點也使得簡單機械手在多品種、大批量柔性生產方面有更為廣闊的發(fā)展空間。它的產生和發(fā)展，對于提高產品生產過程的穩(wěn)定性、提高產品品質及生產效率有非常重要的作用，它還間接改善勞動環(huán)境和勞動條件，促進產品更新換代。

2.切割部分設計

2.1 切割部分原理介紹

如圖1所示，即為切割機切割部分控制原理圖，主要由電動機、傳送帶、砂輪、帶輪、橫向行走氣缸、升降氣缸、縱向行走氣缸、橫向行走板及縱向行走板組成。工作流程大致為：上料完成，機械手完成棒料/管材的加緊，然后由控制器將命令分別傳送至電動機和氣缸，升降氣缸帶動砂輪到位后，電動機帶動砂輪對目標物體進行切割。其中，縱向行走氣缸可以帶動工作臺進行縱向移動，主要是實現對兩根目標工件的切割;橫向行走機構主要是帶動工作臺縱向移動，實現對不同長度工件的切割。其他各個分單元部分之間的協調，依靠控制器來實現，以此完成對工件的切割。

2.2功能要求

根據前文的分析，結合切割機整體控制要求，切割機切割部分應實現固定長度的切割，切割完成后，根據預先設置好的電路和程序，切割砂輪自動返回至原點，也就是始發(fā)位置。除此之外，還對砂輪切口的深度有特殊要求，約35公分，然后再由其他設備，也就是壓斷機進行壓斷。

2.3 方案的設計

根據前文的分析可知，切割部分主要是由行走機構、切割機構及動力源部分構成。在方案選擇上，主要考慮兩方面：第一是傳動方式的確認，第二是動力方式的確認。首先，在傳動方式選擇上主要是確認傳送帶傳動還是齒輪傳動，對比兩種傳動方式的優(yōu)缺點（比如齒輪傳動傳送距離近、維護困難等），同時結合切割機的實際情況（比如切割速度較高），選用帶傳動為該切割機的傳動方式。第二，在動力傳動方式上主要是確認是選擇液壓還是氣壓，由于液壓可能會泄露，污染環(huán)境，成本高，所以本設計切割機部分選擇氣動進行動力的傳動。具體工作方案如圖1所示。

3 夾緊部分的設計

3.1加緊部分原理介紹

如圖2所示，即為切割機加緊部分控制原理圖，主要由加緊機械手和加緊氣缸組成。工作流程大致為：待工件到位后，氣缸活塞會像右慢慢運動，移動的過程也是機械手加緊的過程，同樣，在完成切割后，活塞會向左慢慢移動，機械手也就松開了原來加緊的工件。整個過程，以及與其他各個分單元之間的協調，依靠控制器來實現，以此完成對工件的加緊和放松。

3.2設計需求分析

加緊部分作為切割機整套設備的重要三大組成部分之一，切割之前，加緊機構主要是固定待加工的管材/棒材在加工位置，保證在切割時，砂輪片能完成切割，而且工件仍固定在預設位置保持不變。

3.3總體方案設計

由圖2可以看出，切割機加緊部分主要是借助于氣壓缸的來回往復運動保證機械手對工件的加緊和放松的。該部分在設計時，主要由兩種方案可以選擇：第一種方案是用一個機械手來實現兩個工件的加緊和放松;第二種方案是：用兩個機械手，一個機械手負責一個工件加緊和放松。對比兩種方案，第一種方案需要一個二維氣缸實現加緊和松開，然后再配置一個三位氣缸進行縱向移動，以試下對不同工件的加緊和放松;第二種方案，每個機械手則需要配置2個二位置氣缸實現機械手的加緊和放松。所以，為了減小工作量，降低控制難度，節(jié)約成本，本系統(tǒng)選擇方案一。

4 縱橫行走部分的設計

4.1 設計需求分析

本文在前面就對行走部分做了解釋，橫向行走主要是保證切割等裝置沿待切割物件進行行走，準確抵達切割位置;縱向行走主要是實現切割裝置沿待切割物件垂直方向行走，實現對對不同物件的切割。同時，還可以實現相關裝置在完成工作后，順利返回原點。

4.2總體方案設計

依據前文分析，切割機行走部分主要是在縱向及橫向方向上保持直線運動，無弧形等曲線運動，同時考慮系統(tǒng)運動精度及摩擦情況，所以本方案無論是縱向還是橫向行走，都選擇直線導軌。為了防止因泄露污染、后期維護困難等情況的發(fā)生，在動力傳動上選擇氣壓方式，通過氣壓缸帶動縱向橫向行走機構在直線導軌上按照預定要求進行滑動。

4.3? 直線導軌型號的確定

4.3.1基本參考參數

（1）載荷

依據已經完成的結構圖，大致計算該行走部分重量約為210kg，所以其向導軌傳送的壓力為2100N。

（2）行程

依據已經完成的結構設計，結合切割機的實際工作環(huán)境以及待切割管材的情況，確定導軌行程為2.5m。

（3）往復次數

根據實際生產需求，本系統(tǒng)往返次數控制在2次/min。

（4）壽命要求

如果該切割機的實用壽命為五年，那么需要配置的導軌的壽命為35000h。

4.3.2選擇方式

總體結構設計

如圖3所示，即為切割機總體裝配圖，其中（a）為主視圖，（b）為右視圖，（c）為俯視圖，從圖上可以看出，整個切割機可以劃分為三大部分，分別為切割部分、加緊部分以及行走部分。其中切割部分，主要是靠電動機帶動砂輪片對目標物件進行切割;加緊部分，依靠一個氣壓缸活塞的來回往復運動，借助于機械手實現對目標工件的夾持;行走部分，也是借助于氣壓缸實現縱橫行走，其中縱向行走是滿足不同工件的切割，橫向行走是為了實現對特定工件的定長或定位切割。

結論

本次設計機械部分主要內容包括：縱橫行走部分的設計、加緊部分的設計、切割部分的設計、滑動導軌型號的確認及其他輔助部分的設計。在以上基礎之上，完成了切割機總裝圖、切割部分及行走部分的結構設計。

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