基于CAD的棒料自动切断机的设计

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多功能 自动切断机是用于切断棒料的专用设备，可以用于塑料，不锈钢或其他材质的圆形或方形棒料在-定尺寸范围内的自动切断，例如轴承外圈的加丁，短轴的切断等。通过更换夹具实现不同尺寸和不同材质的T件切断从而实行功能的多样化。设备设计采用分散控制方式，借助 PLC等控制器件对气动元件以及电机等动力元件进行控制，取代了传统的集中控制模式，从而简化了设计，同时采用-些标准外购件可以减少生产成本和缩短制造周期。

1 切断机的主要技术条件(1)棒料的切割直径为5～100 IBm，切割长度为10～200 mil，切割速度为30-100件/min可调；(2)切割重复精度为 ±0.1 mm；(3)能适用铜、铝、塑料等各种型材、管材和棒材v ， !的加工；(4)在-定范围内夹具要求通用；(5)加T工件端面要求无毛刺；(6)要求不损伤工件表面功能；(7)要求无料时具有自动停机和报警功能。

2 工作原理切断机的原理采用图1方式，其钢管不转，圆锯片锯切的方式实现，具体过程如下，采取手动上料方式 ，上料后，夹紧气缸I6夹紧，同时夹紧气缸 I 5松开，且收稿 日期：2012-10-08基金项 目：湖南侍育厅资助项 目(10C1191)；湖南省 自然科学基金资助项 目(11JJ6035)作者简介 ：刘志辉(1984-)，男，湖南邵阳人，讲师，硕士研究生，研究方向为非标自动化设备开发。

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] ]j ] j r L r； rL 2013年第3期 液压与气动 71推动气钢管 12移动实现切断，切断后气缸 8活塞杆缩回，同时夹紧气缸 1I 6松开，夹紧气缸 I 5夹紧后延时，推动气缸4活塞伸出可以实现钢管 12的定长进料，进料到位后夹紧气缸1I6夹紧，同时夹紧气缸 l 5松开，且推动气缸 4活塞缩回，气缸 8活塞伸出，推动运转的电动机 9沿水平方向靠近钢管 l2移动实现切断，完成- 个操作循环 儿 。

6.夹紧气缸以推动气缸 4为例介绍其具体的选型过程如下：a)主视图 b)左视图11.切断托架 12.钢管图1 自动切断机的原理简图3 主要结构及作用自动切断机的结构图如图 2所示，其总体包含送料组件、夹紧组件、切断组件和机架组件四大部分 J。

3.1 送料组件参照图1，送料组件由支撑架 2、直线导轨 3、推动气缸 4、夹紧气缸 I 5组成 。

1)直线导轨介绍直线导轨 3为标准外购件，其常见品牌有瑞典SKF、日本 THK、日本 NSK、南京工艺、天津罗升、天津隆创 Et盛、广东高新凯特、汉江机床、台湾国科精工、台湾上银科技等。本切断机选用的是 日本某品牌，参照选型手册选用的型号为：HSR20 LA 1 QZ CO M340T M-I，在设计图纸时，可以从其官方网站的2D和 3D模型库里面根据具体型号调用2D和3D图纸。

2)气动元件选型推动气缸4和夹紧气缸 I 5也为标准外购气动元件 ，气动元件常见品牌有意大利西派格(cy.pag)、美国BIMBA、韩国三和(SANWO)、英国肯呐特(KINETROLLIMITED)、中国华能、台湾亚德客(AirTAC)、台湾新恭(SHAKO)、德国费斯托(FESTO)、日本 SMC、昆山望展(KINGPOWER)等。

本切断机选用台湾某品牌，其气缸的选型步骤如下：确定气缸类型(双作用、单作用/弹簧压 回、单作用/弹簧压出)-选定缸径尺寸-选定气缸行程-选定气缸系列-选定气缸的安装形式-选定缓冲形式-选定磁性开关-选定气缸配件。

1.夹紧组件 2.切断组件 3.机架 组件 4.送料组件图2 自动切断机的结构图切断机的送料要求推动气缸 4做往复运动，因此需要其为双作用气缸-从双作用气缸的输出力表可以查出不同缸径在工作介质压力分别为 0.3～0.7 MPa时所对应的输出力，因此要确定缸径必须先确定工作介质的压力，然后就是确定负载，两者确定之后可以根据输出力表查出缸径具体尺寸，推动气缸 4所受负载力为钢管与支撑架的摩擦力和直线导轨的摩擦力，钢管与支撑架的滚动体的摩擦系数为0.15，滑动导轨的摩擦系数为0.1 1，而所夹紧送料的钢管的重量约2.5kg，直线导轨承载质量约为 2 kg，因此受负载力为5.85 N，考虑负载效率，可以选用缸径为 20-选择行程是要注意，对于每个系列和每种缸径的气缸都有标准的行程，必须保证实际需要的距离小于所选行程且应选择最靠近的标准行程，本切割机的切割长度为 10～ 200 mm，且范围为可调，因此气缸行程选用最大为200 mm且选择行程为可调型气缸∩调行程为 50mm-参考某品牌选型手册，选择迷你气缸 MI系列-根据切断机的需求，选用轴向固定架 LB安装形式-选择附磁石-接管口径为 M5X0.8。

最后确定型号为：MIJ-20X200-50-S.LB，在设计图纸时可以从官网2D和 3D模型库里面下载 2D和 3D图纸，可以直接调用模型进行装配图的绘制3 J。

3)接头设计气缸与工作元件的连接，比如参照图 1、图2，送料组件中的推动气缸 4与工作台台面的连接，-般不是在工作台-端面钻螺丝孔，然后气缸活塞杆与端面进72 液压与气动 2013年第3期行螺纹连接，因为此种方式安装不方便，-般是在两者之间加-个接头附件，-般厂商都有接头附件提供，比如亚德客接头如图3所示，其中I、Y、鱼眼接头-般用在气缸与工作元件之间构成转动副连接的诚，而浮动接头可以实现固定连接，能消除误差。

a)I接头蠡 毒毒C)浮动接头簪b)Y接头鬻d)鱼眼接头图 3 接头结构 图对于气缸与工作元件的固定连接，工程上经常采用图4所示接头设计，切断机推动气缸 4与工作台面的连接方式如图4b形式，活塞杆穿过凹形口，然后在接头两端面分别固定-个螺母可以实现固紧，有些场合采用图4c、d形式，先将图4d与活塞杆通过螺纹连接在-起，图4c与工作元件通过螺丝连接在-起，然后将两接头嵌合在-块就能实现气缸与工作元件的连接。

a)凹形连接接头 b)气缸与工作元件连接示意图凸c)T型接头(工作元件 d)T型接头(活塞杆连接部分) 连接部分)1.工作元件 2.活塞杆 3.螺母 4.凹形接头图4 固定连接接头结构图3.2 夹紧组件钢管进料到位后，夹紧气缸 I6夹紧，延时后待切断组件进行切断，其型号为 MCHX32-40FA。

3.3 切 断组件切断组件由圆锯片7、气缸8、电机9、减速机10组成，电机9和减速机10(见图1)选用-体的减速电机，目前市场上常见 的减速 电机有德 国弗兰德、德 国SEW、日本东方、日本松下、日本 DDK、日本三菱、韩国--洋、韩国 SGP、韩国 MNI、意大利史泰克、台湾品宏、台湾万鑫、台湾异邦、台湾利茗等，本切断机选用台湾台达电机，型号为三菱减速机 GM.J型25-90W，1/3 1/2400，圆锯片安装在电机输出轴上，电机安装在-工作台面板上，工作台面板与机架通过直线导轨相连，工作台由气缸8驱动。

3.4 机架组件机架组件可以由40×20×5的扁钢或 40×40×5的方钢材料焊接而成，也可由40×40的铝型材通过三角接头连接而成，本切断机是采用扁钢焊接方式 ～ 。

4 结论(1)本自动切断机原理简单，结构紧凑，采用先进的分散控制模式，代替了传统集中控制方式，采用-根由电机驱动的主轴，在主轴上装有多个凸轮，然后凸轮与连杆机构配合，依靠凸轮的旋转作为连杆机构的动力元件，采用标准的气动元件代替凸轮，因此简化了设计，并且旧能选用标准外购件，大大降低了生产成本和缩短制造时间；(2)采用 PLC对气动元件进行控制，可以完成除上料之外的自动操作过程；(3)切断组件采用的是直线导轨由后往前进退刀，进刀稳定，且锯切精度高；(4)送料组件的推动气缸 4行程可调，与现有切割技术相比，扩大了工件切割尺寸范围；(5)夹紧组件中夹具更换容易，拓宽了DHT.象范围。