基于管材/棒材的切割機結(jié)構(gòu)設(shè)計

郭曉彬

摘? 要：伴隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，工業(yè)化進程的加快，人們對工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率及質(zhì)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(chǎn)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(jié)構(gòu)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：棒材;切割機;電氣控制

1.引言

機電一體化產(chǎn)品在各種各樣的工業(yè)中廣泛應(yīng)用，這種廣泛性在一定程度上也促進了切割技術(shù)的發(fā)展，手工切割的時代已經(jīng)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(gòu)有了更深層次的要求，因此，切割機加緊機構(gòu)實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。日常簡單的機械手已隨處可見，它經(jīng)過幾十年的沉淀，現(xiàn)今已經(jīng)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(shù)也不斷在發(fā)展和進步，設(shè)計師的不斷改進，種類的不斷增加，應(yīng)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(chǎn)、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(chǎn)方面有更為廣闊的發(fā)展空間。它的產(chǎn)生和發(fā)展，對于提高產(chǎn)品生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性、提高產(chǎn)品品質(zhì)及生產(chǎn)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(chǎn)品更新?lián)Q代。

2.切割部分設(shè)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(xiàn)對兩根目標工件的切割;橫向行走機構(gòu)主要是帶動工作臺縱向移動，實現(xiàn)對不同長度工件的切割。其他各個分單元部分之間的協(xié)調(diào)，依靠控制器來實現(xiàn)，以此完成對工件的切割。

2.2功能要求

根據(jù)前文的分析，結(jié)合切割機整體控制要求，切割機切割部分應(yīng)實現(xiàn)固定長度的切割，切割完成后，根據(jù)預(yù)先設(shè)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(shè)備，也就是壓斷機進行壓斷。

2.3 方案的設(shè)計

根據(jù)前文的分析可知，切割部分主要是由行走機構(gòu)、切割機構(gòu)及動力源部分構(gòu)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(jié)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(shè)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(shè)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(xié)調(diào)，依靠控制器來實現(xiàn)，以此完成對工件的加緊和放松。

3.2設(shè)計需求分析

加緊部分作為切割機整套設(shè)備的重要三大組成部分之一，切割之前，加緊機構(gòu)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(yù)設(shè)位置保持不變。

3.3總體方案設(shè)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(fù)運動保證機械手對工件的加緊和放松的。該部分在設(shè)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(shè)計

4.1 設(shè)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(xiàn)切割裝置沿待切割物件垂直方向行走，實現(xiàn)對對不同物件的切割。同時，還可以實現(xiàn)相關(guān)裝置在完成工作后，順利返回原點。

4.2總體方案設(shè)計

依據(jù)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(dǎo)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(gòu)在直線導(dǎo)軌上按照預(yù)定要求進行滑動。

4.3? 直線導(dǎo)軌型號的確定

4.3.1基本參考參數(shù)

（1）載荷

依據(jù)已經(jīng)完成的結(jié)構(gòu)圖，大致計算該行走部分重量約為210kg，所以其向?qū)к墏魉偷膲毫?100N。

（2）行程

依據(jù)已經(jīng)完成的結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)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(dǎo)軌行程為2.5m。

（3）往復(fù)次數(shù)

根據(jù)實際生產(chǎn)需求，本系統(tǒng)往返次數(shù)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(dǎo)軌的壽命為35000h。

4.3.2選擇方式

總體結(jié)構(gòu)設(shè)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(fù)運動，借助于機械手實現(xiàn)對目標工件的夾持;行走部分，也是借助于氣壓缸實現(xiàn)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(xiàn)對特定工件的定長或定位切割。

結(jié)論

本次設(shè)計機械部分主要內(nèi)容包括：縱橫行走部分的設(shè)計、加緊部分的設(shè)計、切割部分的設(shè)計、滑動導(dǎo)軌型號的確認及其他輔助部分的設(shè)計。在以上基礎(chǔ)之上，完成了切割機總裝圖、切割部分及行走部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

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