表面貼塑PVC泡沫板自動裁切機(jī)設(shè)計(jì)*

權(quán) 潔，陳玉瑜，馬曉明

（常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院， 江蘇常州 213164）

0 引言

表面貼塑PVC 泡沫板廣泛應(yīng)用于建筑物窗戶的保溫隔熱。為了便于拆裝、運(yùn)輸和存儲，在生產(chǎn)過程中需要將一定厚度和寬度的表面貼塑PVC 泡沫板定長裁切后再對其正反兩面等距切槽、折疊后包裝，因此，裁切是泡沫板生產(chǎn)過程的重要環(huán)節(jié)。表面貼塑PVC 泡沫板裁切過程如圖1 所示。由圖可以看出，裁切表面貼塑PVC 泡沫板的工藝過程包括定長切斷、正反面等距切槽以及折疊等。目前，定長切斷和正反面等距切槽的工藝過程全部由人工來完成，存在切槽深度不可控、切割線不齊等問題，導(dǎo)致板材折疊困難、生產(chǎn)效率低、勞動強(qiáng)度大且廢品率高。 隨著技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率提出了更高的要求，同時人工成本不斷增加，人工裁切的方式顯然已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)需求。

圖1 表面貼塑PVC泡沫板裁切過程

國內(nèi)企業(yè)和學(xué)者曾嘗試將用于橡膠裁切的熱裁刀[1]技術(shù)應(yīng)用于表面貼塑PVC 泡沫板的裁切，但仍存在切口不齊、切槽深度不可控等問題。

為了解決上述問題，本文在分析表面貼塑PVC 泡沫板現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，對自動裁切裝置的整體功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對機(jī)械系統(tǒng)的主要組成部分，如送料系統(tǒng)、裁切系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)進(jìn)行了建模和仿真分析，設(shè)計(jì)制作了表面貼塑PVC泡沫板自動裁切裝置，并應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐。

1 自動裁切機(jī)整體設(shè)計(jì)

表面貼塑PVC 泡沫板自動裁切機(jī)主要由料架、送料系統(tǒng)、裁切系統(tǒng)、出料裝置和氣動系統(tǒng)等幾部分組成，其整體功能如圖2所示[2-4]。

圖2 自動裁切機(jī)整體功能

前送料輥的上壓輥手動抬起，料輥上的卷料通過導(dǎo)向輥輪、送料平臺進(jìn)入前料輥后將上壓輥手動壓緊，手動送料并利用切斷刀切斷平頭后開始自動定長送料，上下壓板同時壓下，利用切槽刀對泡沫板進(jìn)行切槽，切十字孔裝置對泡沫板進(jìn)行切十字孔，裁切完成后上下壓板抬起，送料輥定長送料進(jìn)行下一次切槽，待泡沫板進(jìn)入出料輥后，出料輥的上壓輥在氣缸帶動下自動下降壓緊泡沫板，與前送料輥同步送料，單片泡沫板切割完成并切斷后，出料輥將成品送出同時上壓輥?zhàn)詣犹穑却乱黄菽暹M(jìn)入出料輥。

自動裁切機(jī)工作流程如圖3所示。

圖3 自動裁切機(jī)工作流程

該裝置可實(shí)現(xiàn)泡沫板的自動送料、正反面等距切槽和自動出料，較人工操作而言，切割精度、工作效率和產(chǎn)品合格率顯著提高，人力成本降低，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提升。

2 送料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動裁切機(jī)的送料輥組如圖4所示。

圖4 送料輥組

送料系統(tǒng)主要由驅(qū)動電機(jī)、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)、放卷機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和送料機(jī)構(gòu)組成，機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)采用同步帶傳動，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)采用導(dǎo)向輥，送料機(jī)構(gòu)采用對輥結(jié)構(gòu)形式。

對輥送料結(jié)構(gòu)由安裝在機(jī)架上的固定部分和活動部分組成，本設(shè)備用到的對輥送料結(jié)構(gòu)分兩種，一是機(jī)械調(diào)節(jié)式對輥結(jié)構(gòu)，如圖5 所示[5]；二是氣缸調(diào)節(jié)式對輥結(jié)構(gòu)，如圖6 所示[5]。

圖5 機(jī)械調(diào)節(jié)式對輥結(jié)構(gòu)

圖6 氣缸調(diào)節(jié)式對輥結(jié)構(gòu)

機(jī)械調(diào)節(jié)式對輥結(jié)構(gòu)下壓輥固定，且通常為主動輥，上壓輥通過彈簧調(diào)節(jié)軸端壓力，進(jìn)而調(diào)節(jié)兩輥之間的壓力，依靠上下輥對泡沫板材的摩擦力實(shí)現(xiàn)板材的進(jìn)給。氣缸調(diào)節(jié)式對輥結(jié)構(gòu)通過氣缸自動調(diào)節(jié)上輥軸端壓力，進(jìn)而調(diào)節(jié)兩輥之間的壓力，與機(jī)械調(diào)節(jié)式對輥機(jī)構(gòu)的送料原理類似。通過對比分析，結(jié)合功能需求，前送料輥采用機(jī)械調(diào)節(jié)式對輥機(jī)構(gòu)，出料輥采用氣缸調(diào)節(jié)式對輥機(jī)構(gòu)。

分析自動裁切機(jī)的功能可知，表面貼塑PVC 泡沫板的連續(xù)傳輸需要兩組料輥，分別為圖3中的一對前送料輥和一對出料輥。前送料輥主要為前端傳輸提供動力，同時為定長送料提供檢測脈沖；出料輥位于工作臺末端，保證板材裁切后的出料。為避免出料速度小于送料速度導(dǎo)致堵料現(xiàn)象的發(fā)生，兩組料輥需要存在一定的速度差。本裝置前后料輥采用同步帶傳動，角速度相同，因此通過設(shè)置前后料輥的半徑差實(shí)現(xiàn)速度差，以保證生產(chǎn)的連續(xù)性，平穩(wěn)送料和出料。

3 裁切系統(tǒng)設(shè)計(jì)

裁切系統(tǒng)包含切斷、切槽和切十字孔3 部分，其中切槽裝置是該設(shè)備的主要組成部分[6-12]。

3.1 切斷裝置

為了實(shí)現(xiàn)與進(jìn)料方向垂直邊線的切斷，在切紙機(jī)等設(shè)備中常采用斜刃裁切方式，通常為下刀固定，上刀上下運(yùn)動來完成介質(zhì)的切斷，此切斷方式對尺寸和安裝要求較高，且在使用過程中發(fā)現(xiàn)表面貼塑PVC 泡沫板出現(xiàn)切口爆邊的質(zhì)量缺陷，因此最終確定切斷方案為無桿氣缸驅(qū)動刀架帶動刀片進(jìn)行劃切完成介質(zhì)的切斷，切斷裝置如圖7所示。

圖7 切斷裝置

3.2 切槽裝置

切槽裝置的主要功能是實(shí)現(xiàn)正反面等距切槽，采用上述的刀片劃切方案，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動同步帶帶動刀架移動，選用 “V 型” 刀片，可實(shí)現(xiàn)往復(fù)切割，提高效率。切槽裝置如圖8所示。

圖8 切槽裝置

3.3 切十字孔裝置

切十字孔裝置采用帶傾斜刃口的定制刀片，由氣缸驅(qū)動，可根據(jù)功能要求選擇是否進(jìn)行切十字孔操作。切十字孔裝置如圖9所示。

圖9 切十字孔裝置

4 氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

氣動系統(tǒng)的動力源為壓縮空氣，無污染且成本低，因此自動裁切機(jī)的泡沫板壓緊、切十字和切斷系統(tǒng)采用氣動控制技術(shù)，選用質(zhì)量可靠的氣動元件，保證了氣動系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。氣動系統(tǒng)主要由氣動三聯(lián)件、電磁閥、匯流板、氣缸、氣管和各種快插接頭等組成，氣源由車間空壓機(jī)提供[13]。自動裁切機(jī)的泡沫板壓緊系統(tǒng)氣動原理如圖10所示。

圖10 壓緊系統(tǒng)氣動原理

送料輥將泡沫板送入自動裁切機(jī)切斷位置后，無桿氣缸帶動 “飛刀” 將板料切斷平頭，送料壓輥定長送料后，上切槽刀壓板氣缸伸出、下切槽刀壓板氣缸縮回，上下壓板同時壓下，將板料壓緊后視所裁切板料的規(guī)格上下切槽刀對板料進(jìn)行切槽加工。切槽完畢后，上切槽刀壓板氣缸縮回、下切槽刀壓板氣缸伸出，上下壓板同時抬起，送料輥繼續(xù)定長送料。待所加工板料進(jìn)入出料輥后，出料輥氣缸伸出將板料壓緊，在同步帶作用下送料輥和出料輥同步運(yùn)行。

自動裁切機(jī)的切十字孔裝置氣動原理如圖11所示。

圖11 切十字孔裝置氣動原理

當(dāng)板料運(yùn)動到切十字孔位置時，縱切刀氣缸伸出，切縱槽后縮回，橫縱推拉氣缸伸出，橫切刀氣缸伸出，切橫槽后縮回，橫縱推拉氣缸縮回完成一個切十字工作循環(huán)。

整個氣動系統(tǒng)的氣缸采用帶節(jié)流閥的快接插頭調(diào)速，電磁閥采用單電控二位五通換向閥，集成安裝于匯流板，各氣缸的位置信號由安裝于氣缸相應(yīng)位置的磁性開關(guān)提供，系統(tǒng)檢測到位置信號后控制電磁閥做出相應(yīng)動作。

5 結(jié)束語

本文以表面貼塑PVC 泡沫板自動裁切裝置為研究對象，對其整體功能和機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行了研究設(shè)計(jì)。運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件對送料系統(tǒng)和裁切系統(tǒng)進(jìn)行三維建模，運(yùn)用氣動仿真軟件對氣動系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真設(shè)計(jì)。該裝置已設(shè)計(jì)制作完成并用于企業(yè)現(xiàn)場作業(yè)，根據(jù)實(shí)際使用情況，其優(yōu)點(diǎn)如下。

（1）自動送料、定長切斷。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)表面貼塑PVC泡沫板的自動定長送料并完成切斷動作，降低勞動強(qiáng)度。

（2）自動打孔、位置精準(zhǔn)。本裝置采用氣缸的組合動作完成打十字孔的操作，位置精度和打孔效率顯著提高。

（3）等距切槽、深度可調(diào)。本裝置采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動同步帶帶動 “V 型” 刀片往復(fù)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)切槽，槽距由滑軌上的滑塊來調(diào)節(jié)，槽深通過調(diào)整刀片高度來調(diào)節(jié)，槽深和槽距均可控可調(diào)。

該裝置的研發(fā)與傳統(tǒng)的人工裁切方式相比，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強(qiáng)度，同時提高了產(chǎn)品合格率，具有一定的推廣價值。