棒料剪斷機改進設計

潘 強，楊笑東

（沈陽三銘重工機械有限公司，遼寧 沈陽 110027）

棒料剪斷機改進設計

潘 強，楊笑東

（沈陽三銘重工機械有限公司，遼寧 沈陽 110027）

針對Q42-250B棒料剪斷機實際使用中的不足，對產品的機械結構、外觀造型和電氣控制系統進行改進設計。通過改進提高了該機型的整機性能、生產效率，增強了產品的市場競爭力。本文方法對其他設備的改進設計具有一定的參考價值。

棒料剪斷機；改進設計；機械結構；外觀造型

Q42系列棒料剪斷機是軸承、鍛造等行業高效冷剪棒材的理想剪切設備，該系列剪斷機主傳動為二級機械傳動，利用曲柄滑塊機構實現剪切，其高效可靠的性能得到了用戶認可。但隨著社會的發展，市場競爭日益激烈，Q42-250B棒料剪斷機現有配置已無法滿足市場要求，故對其進行深度改進。

1 改進方案確定

根據Q42-250B棒料剪斷機在實際使用中出現的問題，以及用戶反饋的需求建議，對產品進行如下改進：

（1）機械部分改進。原產品的離合器與制動器采用摩擦盤式結構，摩擦盤為鋼件外鍍粉末冶金材料，磨損后更換成本較高，且機械結構為內外齒導向，加工成本也很高，因此改進為浮動鑲塊式結構，導向桿導向；手動擋料器無法滿足自動化的要求，故重新設計了機動擋料裝置；對潤滑及氣動系統進行了升級。

（2）電氣部分改進。整機采用歐姆龍PLC控制，后擋料實現任意長度定長控制。

（3）外觀防護改進。為提高設備的檔次，滿足參展要求，重新設計了機床的防護，提高產品的辨識度。

2 改進方案的實施

2.1 機械部分改進

2.1.1 離合器制動器的改進

在棒料剪斷機傳動系統中，氣動聯鎖式離合器-制動器結構多為摩擦盤式和浮動鑲塊式。兩種結構各有利弊，綜合考慮市場環境、企業的生產能力等客觀條件，將原結構改進為浮動鑲塊式結構。因離合器與制動器的結構相似，故制動器側的設計不再贅述。離合器的設計過程如下：

（1）確定離合器傳遞的扭矩Ml：

式中：Mg為曲軸上公稱扭矩，查原始設計為80614Nm；β為儲備系數，取1.2；i為離合器軸至曲軸速比，i＝6.375；η為傳動效率，一級齒輪傳動取0.96。

（2）摩擦半徑Rμ的確定

根據原傳動系統的布置，初定鑲塊材料為石棉塑料Z64，規格為95mm×95mm方形，鑲塊數量取14個，摩擦副如圖1所示。

圖1 浮動鑲塊式離合器計算圖

式中：μ為鑲塊摩擦系數，取0.33；q為摩擦副上的壓強，其值應小于摩擦材料的許用壓強[q]；z為浮動鑲塊數目；Fi為單個浮動鑲塊的單邊摩擦面積。

結合原有結構，Rμ取290mm，符合傳遞扭矩的要求。

（3）摩擦副厚度尺寸計算

從動摩擦盤厚度hp應考慮鑲塊側壁的擠壓強度[σj]。

對于Z64，[σj]可取3×106Pa；hp取整為16mm。

鑲塊厚度h考慮磨損留量，根據經驗公式選取

取30mm。

離合器氣缸與活塞等部件沿用原設計結構，減少了設計上的工作量，詳細結構如圖2所示。

圖2 離合器制動器結構圖

2.1.2 機動擋料的設計

為了實現棒料長度的自動控制，并實現剪切過程中擋料自動退讓，利用現有技術，設計了一種新型機動擋料，如圖3所示。

該機動擋料位于床身出料口一側，支架9為焊接式箱體結構與床身相接，擋料頭1隨活塞2在氣缸3上進出完成剪料退讓動作；變頻電機4通過同步帶8驅動滾珠絲杠5，帶動氣缸3在滑動導軌上前后移動；磁頭12固定在氣缸3下部，與壓板6上粘貼的磁尺11實現擋料任意位置的準停。擋料裝置設有自動剪切控制機構，當被剪棒料頂住擋料頭時，內部的頂桿使接近開關發訊令機床開始剪切，同時擋料頭由氣缸帶動退讓，當剪切完畢后擋料頭復位。定尺的精確位置由磁尺、磁頭檢測，通過單軸可編程定位器控制，定位精度達到0.01毫米，滿足棒料精準下料的要求。

圖3 機動擋料示意圖

2.1.3 潤滑與氣動系統改進

（1）潤滑系統。原機床為手動油脂泵潤滑，現根據各潤滑點需油量，采用電動潤滑脂油泵集中潤滑。并通過油泵控制器實現潤滑泵的工作周期控制、低油位低及管路堵塞報警等功能，滿足設備自動化的要求。

（2）氣動系統。主要對老舊的氣動元件進行了重新選型，包括氣源三聯件、截止式換向閥、氣動接頭等元件，使整個氣動管路系統更加緊湊地集中于床身側面的氣路門中，方便設備的維護。

2.2 電氣部分改進

整機采用歐姆龍CP1E-N60S1-A可編程控制器，參照原機床電器原理圖，設計了新的PLC控制原理圖，并編制PLC梯形圖，實現機床的邏輯控制。重新設計了電控箱及控制面板，滿足潤滑指示、機動擋料控制等新增功能。

2.3 外觀造型設計

近年來，工業產品市場展開了以外觀設計為主題的競爭，由于企業對此重視不夠，導致產品雖然在性能、壽命等方面達到國內先進水平，但在市場上仍缺乏競爭力，無法展示企業實力，不利于品牌形象建設。基于此，對棒料剪斷機進行了整體外觀造型設計，圖4為外觀效果圖。

圖4 Q42-250B棒料剪斷機效果圖

2.3.1 外觀造型分析

機械設備的造型設計由三要素組成，即功能基礎、工藝基礎、美學基礎。功能基礎是外觀造型的出發點，必須滿足產品在防護性與宜人性等方面的要求；工藝基礎是實現造型方案的保證，在考慮防護結構時，應注意結構的可加工性和可操作性；美學基礎是造型設計的外在表現，應預測社會對審美的需求，設計出符合時代的產品。

本設計方案采用方直的設計風格，以直線加小圓角過渡為主，整體造型較為方正，給人以剛勁、堅固、明快之感。飛輪罩正面為網面鏤空設計使上部結構不致臃腫，并與企業的標識巧妙融合，形成強烈的視覺沖擊。兩側邊框門采用鈑金焊接整體設計，造型采用豎直棱、直角，體現出設備高大挺拔向上的力量感。考慮到邊框門的功能要求，將其分為潤滑門、換刀門、氣路門，便于用戶維護使用。后部齒輪罩設計為全封閉結構，與離合器罩整體協調，邊角處采用直角拼接結構，便于生產制造，并與整機風格協調一致，如圖5所示。

2.3.2 色彩方案

色彩方案是工業產品外觀設計中的關鍵因素，其選擇的合理性直接影響人們對產品的第一印象。

在Q42-250B棒料剪斷機的外觀色彩方案中，床身主體為深灰色，整體具有穩重、堅實之感。其余防護部分為白色調，色彩搭配高雅精致。但大面積的單一色彩容易使人感到單調枯燥，故使用與企業標識一致的紅色作為裝飾色，并輔以產品型號裝飾板，使其不再單調沉默，構成了設備鮮明的色彩特征。

圖5 后部齒輪罩造型結構

3 結束語

設備生產裝配完成調試后，經過綜合檢測，各項技術指標均達到預期改進要求。投產設備成功參加了2014中國國際鍛造展覽會，并獲得市場的高度評價。本次改進設計方法對其他設備的技術改進具有一定的參考價值。

[1] 何德譽.曲柄壓力機[M].北京：機械工業出版社，1996.

[2] 現代實用機床設計手冊，編委會.現代實用機床設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2006.

[3]陳震邦.工業產品造型設計[M].北京：機械工業出版社，2004.

[4]王炳實.機床電氣控制[M].北京：機械工業出版社，2004.

[5]劉茂銀，梅碧舟.壓力機控制系統中PLC的應用及設計[J].鍛壓裝備與制造技術，2007，42（3）：45-47.

Improved design of billet shearing machine

PAN Qiang，YANG Xiaodong
（Sanming Heavy Industry Machinery Co.，Ltd.,Shenyang 110027,Liaoning China）

Aiming at the deficiency of the practical use of Q42-250Bbillet shearing machine,the design of mechanical structure,outline style and electric control system have been improved.Thus in this way,the overall performance,the productivity of the model and the market competitiveness of products have been increased.It provides certain reference for the improvement in design of other equipment.

Billet shearing machine；Product improvement；Outline style

TG315.5+5；TH122

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.02.017

1672-0121（2016）02-0064-03

2016-01-07；

2016-02-26

潘 強（1987-），男，助理工程師，從事鍛壓機床設計研究。E-mail：panqiang0330@163.com