柔性繩線定長高速切割機設計

張雨欣 張思博 徐新 董理 楊亞楠

摘?要：在諸多生產環節中，常需要大批量具有某一固定長度的繩線，用于各種使用場合。目前常采用人工割斷的方式，存在割斷長度誤差較高、耗費人工等問題。因此，設計一臺能夠進行柔性繩線定長高速切斷的專用設備是十分必要的。本文采用氣缸作為牽引系統，設計了可用于多根柔性繩線同時定長高速切割的機電傳動系統，主要包括繩線放置導向機構、收束捆扎機構、牽引機構與切割機構。其次，基于西門子smart?200?PLC與MCGS觸摸屏構建了機器的控制系統。本文設計的定長繩線高速切斷機具有高效、精確、便捷的特點，能夠在生產過程中較大程度上提高生產的效率，節約人工的成本，避免人工的浪費。

關鍵詞：定長繩線;切割;高速;機器

傳統的手動切割繩線的方法已經很難滿足日益加快的生產需求。人工切割繩線的工作效率較低，目前，很多生產環節需要對繩線進行大批量化高精度定長切斷，在定長切斷傳統工作過程中是人工進行測量，測量后再進行切割，如此操作工序十分煩瑣，并且生產出來的繩線的長度精度較低。基于此種情況，需要設計出一種高效、精確、便捷地用于柔性繩線定長切斷的專用機器。

工程技術人員已經對切割機進行了部分設計研究，王月明[1]研制的聚酯線繩切割機與傳統的制作方式相比不僅可以減輕人工消耗，還能提高生產良品率，大幅度提高產品生產速度，并且原料損失也相對較少;但是該機器只能用于切割聚酯線繩，無法用于切割柔性線繩。陳曉明等[2]設計的皮帶切割機以及鄭曉[3]設計的皮帶切割機分別用于切割塊狀皮革和環狀皮革，該類切割機極大地減輕了人工的勞動強度和降低了成本，提高了切割的工作效率。李樂[4]探討了管材定長切割的問題進行，確定了切割系統的基本結構：切割裝置，定位測量裝置、水循環系統，通過放置支架，限位孔以及刻度線等實現了管材的定長精確切斷。張清林等[5]開發了一種可調節的多功能水切割工作臺，能夠實現工作臺的自由升降、傾斜，提高了水切割機的加工范圍及加工能力。袁俊華[6]研究了鋼絞線穿束機的現狀，介紹了市場對鋼絞線穿束機定長盲割的需求。王成軍[7]則針對雙錨索切割機位置控制存在的問題，提出了優化方案。張強和陳再良[8]則針對多線切割設備中導輪定位的角接觸關節軸承在徑向力下磨損而導致定位精度下降影響切割的問題，設計了特制的錐形軸套來替代普通的關節軸承，降低了磨損的程度，提高了導輪的定位精度。俞國強[9]設計的定量全自動繩線切斷機包括主體支架、導向滑輪、移動切斷機構和長度計數裝置，繩線通過導向滑輪后固定在移動切斷機構上，所述的移動切斷裝置包括固定裝置和切刀，且固定裝置置于切刀朝向導向滑輪的一側，所述的長度計數裝置為感應移動切斷裝置在主體支架上滑行的距離和次數的感應計數器。通過移動切斷裝置實現里對繩線的定長切割，來實現繩線的定量全自動切斷。

綜上所述，對于柔性繩線的批量化高速定長切割，并在切割過程中實現繩線自動捆綁的自動化切割專機還沒有明確涉及，因此，本文介紹了一款能實現上述功能的專用機器。

1?設計內容

本文設計的繩線高速切斷機，主要是用于定長切斷機切割各種柔性繩線，同時要兼顧高效、精確、便捷的要求。由于現有的繩線切斷機都沒有自動捆扎的功能，所以該切割機的機械結構設計思路是將數根繩線從上至下穿過收束機構后用膠帶機進行固定，然后通過牽引機構牽引至切刀機構進行定長切割。所以該切斷機的機械結構由繩線放置導向裝置、收束捆扎裝置、牽引裝置、切割裝置三部分組成。該切斷機的機械主體結構框架如圖1所示。

該切斷專機的主體組成部分及其作用如下：

（1）繩線放置導向機構：該機構負責放置繩線，導向繩線至收束捆扎機構。本切割機擬同時切割十條繩線，設計了十個繩線卷筒，卷筒通過瓦片式氣脹軸與固定裝置相連接。每個繩線卷筒兩側有兩個螺栓，用于調節瓦片式氣脹軸與固定裝置指節的阻尼，從而保證繩線在切割過程中是繃直的狀態。十個繩線卷筒中的八個成圓形排列，需要導向裝置;而位于中間位置的兩個繩線卷筒可直接讓繩線穿過后續的收束捆扎、牽引等機構，所以無須設置導向裝置。設計了L形的導向架將八根繩線匯聚至一處，導向架的彎曲處和末尾分別設有兩個導線滾輪，繩線依次穿過兩個導向滾輪后可匯至一處。

（2）收束捆扎機構：收束捆扎機構分為固定裝置和膠帶機捆扎裝置兩部分。固定裝置用于捆扎時進行固定，使捆扎得更為牢固;膠帶機用于捆扎加工的繩線，防止繩線在切割的過程中散開，便于生產中的后續使用。固定機構采用氣脹圈裝置，氣脹圈由氣動系統控制。捆扎機構采用齒輪驅動的方式。將膠帶機固定于大齒輪盤上，由步進電機驅動小齒輪從而帶動齒輪盤旋轉，使膠帶機繞繩線旋轉，將繩線捆扎起來。固定機構上下各設有一個由齒輪驅動的膠帶機。在收束捆扎機構工作時，氣脹圈先充氣將繩線收束固定，由步進電機驅動小齒輪從而帶動齒輪盤旋轉，使膠帶機繞繩線旋轉，將繩線捆扎起來;最后氣脹圈排氣松開捆扎好的繩線，由牽引裝置牽引至切割機構進行下一步操作。

（3）牽引機構：該部分首先固定繩線，然后由運動裝置帶動繩線移動，以此將繩線運送至切割機構。繩線牽引機構分為運動裝置和收束固定裝置，仍使用氣動系統。牽引機構的運動裝置是兩個氣缸，氣缸通過活塞桿與收束固定裝置連接。繩線牽引機構工作時，由收束固定裝置固定繩線，氣缸推動收束固定裝置向下牽引繩線，然后收束固定裝置松開，氣缸返回原位，如此往復牽引繩線向下運動。

（4）切割機構：該部分負責繩線的切割，通過PLC控制，來切割預定的繩線長度。繩線切割機構仍然選用氣動裝置推動。使用氣缸向內推動兩個V形的刀片對繩線進行切割。在切刀機構的正下方，設有收束固定裝置，在切刀切割時固定繩線，使切割過程更加穩定，切割的橫截面更加平整。

本切割機決定采用從上至下的方式來定量切割繩線，繩線依次通過捆扎機構，牽引機構，切割機構。切割機的整體結構圖如圖2所示。