橡膠帶圓盤自動剪切機設計

李曉琛

摘要：目前企業中常見橡膠切割機的切割方式是將橡膠帶與襯紙一起切割，這種切割方式使其不易分離，效率較低。針對這種現狀，提出了橡膠帶圓盤刀切割機的設計方案。文章介紹了橡膠帶圓盤刀切割機的設計過程，包括同步帶、刀具軸、帶輪軸、移動架、夾緊裝置等部件的設計計算及Pro/E軟件建模、裝配以及電機、軸承、連軸器、鍵的選擇與校核。

關鍵詞：橡膠帶;圓盤;自動剪切機;同步帶;切割方式 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG333 文章編號：1009-2374（2016）04-0027-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.04.014

隨著現代機械加工業的發展，對切割的質量、精度要求的不斷提高，對提高生產效率、降低成本、具有高智能化的自動切割功能的要求也在提升。切割技術是機械行業發展中不可或缺的關鍵技術之一。先進的切割技術是保證產品質量的關鍵因素，因此切割技術的發展將是我們關注的重點。為了順應主流市場的需求，切割機將主要向著結構簡單，操作便捷、高效、安全、可靠的方向發展。本課題擬采用圓盤刀切割的方法，實現對橡膠帶和襯紙的分別切割，以消除傳統切割方法中襯紙與橡膠分離難、效率低、安全系數低的弊端，達到橡膠帶全自動連續切割。這種切割機結構簡單、操作便捷、效率較高，具有很高的適用價值。

1 常見切割機的性能對比

隨著機械行業各項技術水平的提高，人們對切割機的要求也在逐步增加。從最初對小型工件的高速度、高精度的要求慢慢演變為對大型工件的高速度、高精度切割要求。從以往對三維立體多軸的要求再發展到今天對全自動化和無人化的要求。等離子切割機、火焰切割機、激光切割機、高壓水射流切割機在切割領域中充當著佼佼者。

等離子切割機：切割領域寬，幾乎可以切割所有金屬板材，它切割速度快、效率高。等離子在水下切割能消除切割時產生的噪聲，粉塵、有害氣體和弧光的污染，有效地改善工作場合的環境。采用精細等離子切割已使切割質量接近激光切割水平，目前隨著大功率等離子切割技術的成熟，切割厚度已超過100mm，拓寬了數控等離子切割機切割范圍。

火焰切割機：切割具有大厚度碳鋼切割能力，但存在切割變形大、切割精度不高的問題，而且切割速度較低，切割預熱時間，較難適應全自動化操作的需要。

激光切割機：它具有速度快、精度高等特點。激光切割機切割費用太高。

高壓水射流切割機：適用于大多數材料的切割，具有切割精度高、不產生熱變形等特點。它的缺點是切割速度慢、效率低、費用高。

2 橡膠帶圓盤刀切割機方案確定

2.1 橡膠帶圓盤刀切割機切割方案的確定

目前企業中常見橡膠切割機的切割方式是將橡膠帶與襯紙一起切割，由于橡膠帶與襯紙一樣長，疊起來裝箱上下兩片橡膠帶就會在側邊粘結，使裝配工人在裝配時拿取橡膠帶不方便，襯紙與橡膠很難分離。為此，在裝箱時給每層橡膠帶間加一層襯紙，該切割方法不僅勞動強度大，而且材料浪費嚴重，影響生產效率。

鑒于這種情況，本課題擬采用不同直徑的圓盤刀具合理裝配達到對橡膠帶與襯紙分別進行切割，使橡膠帶其中一端的長度比襯紙短2～4mm。刀具的切削深度利用切割平臺（可調）控制，具有很好的操作性。這種切割方法消除了傳統方法帶來的襯紙與橡膠分離難、效率低、安全系數低的弊端，其結構簡單穩定、操作方便、效率高，具有很好的適用價值。

2.2 橡膠帶圓盤切割機的布局及原理

該切割機是在已有帶傳送裝置基礎上進行的設計。它主要由支承底座（含導軌）、同步帶傳動系統、移動刀架、刀具軸、切割平臺（可調）等組成。該橡膠切割機主要通過調速電機實現刀具的旋轉運動，步進電機通過同步帶帶動刀具軸在水平方向往返運動，以實現刀具在導軌連續進給和后退，從而完成切割運動。為了減小滑塊與導軌間的摩擦力，現用圓形桿狀物在兩平面間，即線接觸代替面接觸。本設計選用不同直徑的刀具，實現對橡膠與襯紙的分別切割。刀具的切削深度可利用切割平臺下的缺口墊片及螺母進行微量調節，以保證小直徑刀具在切斷橡膠的前提下，不會切割到襯紙，達到設計目的。

2.3 切割機的性能參數

加工范圍：橡膠厚度1～5mm;寬度≤320mm。

刀具進給速度：0.4m/s。

3 圓盤刀的安裝

3.1 圓盤刀具的參數選擇

根據橡膠的切割特性，選擇刀具材料為9SiCr的圓盤刀具。為了實現對橡膠與襯紙的分別切割，本課題擬采用兩種直徑的刀具。d1=150mm大直徑刀只用來切割橡膠，d2=148mm的小直徑刀可同時切割橡膠與襯紙，刀具內徑d=32mm，刀具厚度h=2mm。

3.2 圓盤刀的安裝方案

為了提高切割效率，將兩把刀安裝在一根軸上，在一次走刀過程中完成對橡膠與襯紙的分別切割。為了滿足襯紙比橡膠長2～4mm的要求，在兩刀之間安裝墊片以保證預留的襯紙長度，可根據具體的情況選擇墊片的厚度與個數。利用右端鎖緊螺母與左端刀座的凸臺對刀具起到軸向定位作用。刀具軸上左端設置凸臺，對刀座實現軸向定位，刀座與刀具軸通過定位螺釘實現周向定位。因為所選刀具直徑不同及橡膠帶厚度不同，合理選擇墊板的厚度及數量，可避免大直徑刀具切割到工作臺而損壞。

3.3 刀具的受力分析

切割機在運動的時候，圓盤刀兩側面與橡膠及襯紙間的摩擦力，由于切割機在水平方向的進給速度相對于刀盤上的點繞其刀軸旋轉的線速度較小，故的方向可近似認為垂直于A點的半徑方向。圓盤刀與橡膠主要是切向應力，的方向與圓盤刀和橡膠及襯紙接觸底面上點的絕對速度方向相反。

4 步進電機

4.1 步進電機的基本概念

步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件。電機的轉速以及停止的位置主要取決于脈沖的頻率和個數，不會因為負載的變化而變化。當步進電機得到一個脈沖信號，就會相應地轉過一個步距角。通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的。通過控制脈沖的頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。

4.2 步進電機的分類

步進電機按工作原理分為永磁式步進電機（PM）、反應式步進電機（VR）、混合式步進電機（HB）。

4.3 步進電機的特點對比

永磁式步進電機一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角為7.5。或者15。;輸出力矩大，動態性能好，但步距角大。

反應式步進電機一般為三相，可實現大轉矩輸出，步進角一般為1.5。，但噪聲和振動都很大。

混合式步進電機步距角小、出力大、動態性能好，集合了永磁式和反應式的優點，是目前性能最高的步進電動機。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8。，而五相步進角一般為0.72。。

根據本課題的實際需要，通過綜合比較確定選用混合式步進電機。

4.4 步進電機參數的確定

4.4.1 刀具軸的質量計算。刀具軸為45號鋼，其密度。將移動架的質量進行局部劃分，計算出各部分的質量m，。

4.4.2 移動刀具軸受力分析。

水平方向受力平衡：

45號鋼與鑄鐵之間的摩擦系數，故刀具軸在滑動過程摩擦力：

初選小帶輪的半徑R=30mm。為聯軸器的效率，值為0.98;為軸承的效率值為0.98;為同步帶傳動效率值為0.97。

步進電機實際需要的扭矩為：

步進電機需要頻繁正反轉，在此過程中需要加、減速，為保證切割表面的質量，因此切割速度不宜太高，取：

移動臺實際需要的功率記為：

式中：

——聯軸器的效率，為0.98

——軸承的效率，為0.99

4.4.3 步進電機的最終選型參數。通過綜合的比較分析，擬確定選取三相式混合式步進電機86BYG350BH-0201。因為該切割機對水平方向上運動精度的精確度要求不是很高，故選擇1.2。的步距角。電流為;保持轉矩T=5N·m;機身長;輸出軸長45mm;輸出軸直徑。

5 結語

此設計通過兩個不同直徑的圓盤刀同時切割，以實現對橡膠帶和襯紙分別切割。同時通過切割底板的調整，實現了刀具切削深度的可調性，其具體操作易于控制。此設計采用調速電機供給刀具旋轉運動的動力，步進電機提供用于刀具水平方向進給的動力。在動力的傳遞過程中，充分利用了同步帶的優點使機械本體部分得到了適當的簡化，制造、安裝精度相對較低，維護方便，無需潤滑和供油系統，具有較強的經濟性。橡膠帶圓盤切割機消除了傳統方法引起的襯紙與橡膠分離難、效率低、安全系數低的弊端，其結構簡單、操作方便、效率高、實用性強。

參考文獻

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[4] 李玉貴.高壓水射流切割機[J].廣告大觀，2007，（2）.（責任編輯：周 瓊）