李曉琛

摘要：目前企業(yè)中常見(jiàn)橡膠切割機(jī)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(duì)這種現(xiàn)狀，提出了橡膠帶圓盤刀切割機(jī)的設(shè)計(jì)方案。文章介紹了橡膠帶圓盤刀切割機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程，包括同步帶、刀具軸、帶輪軸、移動(dòng)架、夾緊裝置等部件的設(shè)計(jì)計(jì)算及Pro/E軟件建模、裝配以及電機(jī)、軸承、連軸器、鍵的選擇與校核。

關(guān)鍵詞：橡膠帶;圓盤;自動(dòng)剪切機(jī);同步帶;切割方式 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

隨著現(xiàn)代機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展，對(duì)切割的質(zhì)量、精度要求的不斷提高，對(duì)提高生產(chǎn)效率、降低成本、具有高智能化的自動(dòng)切割功能的要求也在提升。切割技術(shù)是機(jī)械行業(yè)發(fā)展中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一。先進(jìn)的切割技術(shù)是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，因此切割技術(shù)的發(fā)展將是我們關(guān)注的重點(diǎn)。為了順應(yīng)主流市場(chǎng)的需求，切割機(jī)將主要向著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作便捷、高效、安全、可靠的方向發(fā)展。本課題擬采用圓盤刀切割的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)橡膠帶和襯紙的分別切割，以消除傳統(tǒng)切割方法中襯紙與橡膠分離難、效率低、安全系數(shù)低的弊端，達(dá)到橡膠帶全自動(dòng)連續(xù)切割。這種切割機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作便捷、效率較高，具有很高的適用價(jià)值。

1 常見(jiàn)切割機(jī)的性能對(duì)比

隨著機(jī)械行業(yè)各項(xiàng)技術(shù)水平的提高，人們對(duì)切割機(jī)的要求也在逐步增加。從最初對(duì)小型工件的高速度、高精度的要求慢慢演變?yōu)閷?duì)大型工件的高速度、高精度切割要求。從以往對(duì)三維立體多軸的要求再發(fā)展到今天對(duì)全自動(dòng)化和無(wú)人化的要求。等離子切割機(jī)、火焰切割機(jī)、激光切割機(jī)、高壓水射流切割機(jī)在切割領(lǐng)域中充當(dāng)著佼佼者。

等離子切割機(jī)：切割領(lǐng)域?qū)?，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(shí)產(chǎn)生的噪聲，粉塵、有害氣體和弧光的污染，有效地改善工作場(chǎng)合的環(huán)境。采用精細(xì)等離子切割已使切割質(zhì)量接近激光切割水平，目前隨著大功率等離子切割技術(shù)的成熟，切割厚度已超過(guò)100mm，拓寬了數(shù)控等離子切割機(jī)切割范圍。

火焰切割機(jī)：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(wèn)題，而且切割速度較低，切割預(yù)熱時(shí)間，較難適應(yīng)全自動(dòng)化操作的需要。

激光切割機(jī)：它具有速度快、精度高等特點(diǎn)。激光切割機(jī)切割費(fèi)用太高。

高壓水射流切割機(jī)：適用于大多數(shù)材料的切割，具有切割精度高、不產(chǎn)生熱變形等特點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是切割速度慢、效率低、費(fèi)用高。

2 橡膠帶圓盤刀切割機(jī)方案確定

2.1 橡膠帶圓盤刀切割機(jī)切割方案的確定

目前企業(yè)中常見(jiàn)橡膠切割機(jī)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(zhǎng)，疊起來(lái)裝箱上下兩片橡膠帶就會(huì)在側(cè)邊粘結(jié)，使裝配工人在裝配時(shí)拿取橡膠帶不方便，襯紙與橡膠很難分離。為此，在裝箱時(shí)給每層橡膠帶間加一層襯紙，該切割方法不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且材料浪費(fèi)嚴(yán)重，影響生產(chǎn)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(dá)到對(duì)橡膠帶與襯紙分別進(jìn)行切割，使橡膠帶其中一端的長(zhǎng)度比襯紙短2～4mm。刀具的切削深度利用切割平臺(tái)（可調(diào)）控制，具有很好的操作性。這種切割方法消除了傳統(tǒng)方法帶來(lái)的襯紙與橡膠分離難、效率低、安全系數(shù)低的弊端，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定、操作方便、效率高，具有很好的適用價(jià)值。

2.2 橡膠帶圓盤切割機(jī)的布局及原理

該切割機(jī)是在已有帶傳送裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行的設(shè)計(jì)。它主要由支承底座（含導(dǎo)軌）、同步帶傳動(dòng)系統(tǒng)、移動(dòng)刀架、刀具軸、切割平臺(tái)（可調(diào)）等組成。該橡膠切割機(jī)主要通過(guò)調(diào)速電機(jī)實(shí)現(xiàn)刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)同步帶帶動(dòng)刀具軸在水平方向往返運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)刀具在導(dǎo)軌連續(xù)進(jìn)給和后退，從而完成切割運(yùn)動(dòng)。為了減小滑塊與導(dǎo)軌間的摩擦力，現(xiàn)用圓形桿狀物在兩平面間，即線接觸代替面接觸。本設(shè)計(jì)選用不同直徑的刀具，實(shí)現(xiàn)對(duì)橡膠與襯紙的分別切割。刀具的切削深度可利用切割平臺(tái)下的缺口墊片及螺母進(jìn)行微量調(diào)節(jié)，以保證小直徑刀具在切斷橡膠的前提下，不會(huì)切割到襯紙，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。

2.3 切割機(jī)的性能參數(shù)

加工范圍：橡膠厚度1～5mm;寬度≤320mm。

刀具進(jìn)給速度：0.4m/s。

3 圓盤刀的安裝

3.1 圓盤刀具的參數(shù)選擇

根據(jù)橡膠的切割特性，選擇刀具材料為9SiCr的圓盤刀具。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)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(lái)切割橡膠，d2=148mm的小直徑刀可同時(shí)切割橡膠與襯紙，刀具內(nèi)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(guò)程中完成對(duì)橡膠與襯紙的分別切割。為了滿足襯紙比橡膠長(zhǎng)2～4mm的要求，在兩刀之間安裝墊片以保證預(yù)留的襯紙長(zhǎng)度，可根據(jù)具體的情況選擇墊片的厚度與個(gè)數(shù)。利用右端鎖緊螺母與左端刀座的凸臺(tái)對(duì)刀具起到軸向定位作用。刀具軸上左端設(shè)置凸臺(tái)，對(duì)刀座實(shí)現(xiàn)軸向定位，刀座與刀具軸通過(guò)定位螺釘實(shí)現(xiàn)周向定位。因?yàn)樗x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(shù)量，可避免大直徑刀具切割到工作臺(tái)而損壞。

3.3 刀具的受力分析

切割機(jī)在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，圓盤刀兩側(cè)面與橡膠及襯紙間的摩擦力，由于切割機(jī)在水平方向的進(jìn)給速度相對(duì)于刀盤上的點(diǎn)繞其刀軸旋轉(zhuǎn)的線速度較小，故的方向可近似認(rèn)為垂直于A點(diǎn)的半徑方向。圓盤刀與橡膠主要是切向應(yīng)力，的方向與圓盤刀和橡膠及襯紙接觸底面上點(diǎn)的絕對(duì)速度方向相反。

4 步進(jìn)電機(jī)

4.1 步進(jìn)電機(jī)的基本概念

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及停止的位置主要取決于脈沖的頻率和個(gè)數(shù)，不會(huì)因?yàn)樨?fù)載的變化而變化。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)得到一個(gè)脈沖信號(hào)，就會(huì)相應(yīng)地轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。通過(guò)控制脈沖的頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

4.2 步進(jìn)電機(jī)的分類

步進(jìn)電機(jī)按工作原理分為永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）。

4.3 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)對(duì)比

永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角為7.5?；蛘?5。;輸出力矩大，動(dòng)態(tài)性能好，但步距角大。

反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5。，但噪聲和振動(dòng)都很大。

混合式步進(jìn)電機(jī)步距角小、出力大、動(dòng)態(tài)性能好，集合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)，是目前性能最高的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8。，而五相步進(jìn)角一般為0.72。。

根據(jù)本課題的實(shí)際需要，通過(guò)綜合比較確定選用混合式步進(jìn)電機(jī)。

4.4 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)的確定

4.4.1 刀具軸的質(zhì)量計(jì)算。刀具軸為45號(hào)鋼，其密度。將移動(dòng)架的質(zhì)量進(jìn)行局部劃分，計(jì)算出各部分的質(zhì)量m，。

4.4.2 移動(dòng)刀具軸受力分析。

水平方向受力平衡：

45號(hào)鋼與鑄鐵之間的摩擦系數(shù)，故刀具軸在滑動(dòng)過(guò)程摩擦力：

初選小帶輪的半徑R=30mm。為聯(lián)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(dòng)效率值為0.97。

步進(jìn)電機(jī)實(shí)際需要的扭矩為：

步進(jìn)電機(jī)需要頻繁正反轉(zhuǎn)，在此過(guò)程中需要加、減速，為保證切割表面的質(zhì)量，因此切割速度不宜太高，?。?/p>

移動(dòng)臺(tái)實(shí)際需要的功率記為：

式中：

——聯(lián)軸器的效率，為0.98

——軸承的效率，為0.99

4.4.3 步進(jìn)電機(jī)的最終選型參數(shù)。通過(guò)綜合的比較分析，擬確定選取三相式混合式步進(jìn)電機(jī)86BYG350BH-0201。因?yàn)樵撉懈顧C(jī)對(duì)水平方向上運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)矩T=5N·m;機(jī)身長(zhǎng);輸出軸長(zhǎng)45mm;輸出軸直徑。

5 結(jié)語(yǔ)

此設(shè)計(jì)通過(guò)兩個(gè)不同直徑的圓盤刀同時(shí)切割，以實(shí)現(xiàn)對(duì)橡膠帶和襯紙分別切割。同時(shí)通過(guò)切割底板的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了刀具切削深度的可調(diào)性，其具體操作易于控制。此設(shè)計(jì)采用調(diào)速電機(jī)供給刀具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，步進(jìn)電機(jī)提供用于刀具水平方向進(jìn)給的動(dòng)力。在動(dòng)力的傳遞過(guò)程中，充分利用了同步帶的優(yōu)點(diǎn)使機(jī)械本體部分得到了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，制造、安裝精度相對(duì)較低，維護(hù)方便，無(wú)需潤(rùn)滑和供油系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。橡膠帶圓盤切割機(jī)消除了傳統(tǒng)方法引起的襯紙與橡膠分離難、效率低、安全系數(shù)低的弊端，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、效率高、實(shí)用性強(qiáng)。

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