无屑切管机的设计.doc

摘要：详细介绍弯管成型生产线中关键机构之一的无屑切管机的工作原理、结构及设计思路。关键词：铜管管料；无屑切管；同步齿形带传动；偏心调节蒸发管、冷凝管都是电冰箱中的重要零件，通常它们都用10mm以下的铜管(亦有用铝管的)弯制而成。在其弯管成型生产线中，切管是其中必不可少的一个步骤。为其正确配置一台高效能的切管机，是保证整线生产能力和自动化水平的关键所在。以下所介绍的无屑切管机是我们专为某冰箱生产厂弯管成型生产线而设计的。其特点是在机器指令下，一次可同时切断四根管料，且切削形式独特，切口光滑平整，无切屑、毛刺之忧，管料可省却一道清洗工序，极具重要的经济价值。1切削原理无屑切管具备的运动是：进给运动：切刀旋转运动的同时沿工件径向挤入运动；辅助运动：管料切口两侧夹钳5和6(见图1)对管料的把持运动(工件夹紧和放松)以及拖板4的轴向运动。拖板4起一个把铜管向两边拉直的作用，以免切断铜管时缩口过大。图1切削原理1 切刀1 铜管3 托轮4 拖板5 随动夹钳6 固定夹钳主运动：切刀绕工件的旋转运动； 由图1可见，在铜管切口处，还应具有两托轮3与切刀1一起均布在铜管2的圆周处，起支承径向切削力作用。切刀作旋转运动的同时，托轮亦作同步旋转。切刀刀刃在铜管圆周高速旋转，慢速切入进给，不断辗压其管壁，最终导致管壁塑变断裂。由于切刀为无齿圆盘状，整个切削过程都不产生切屑，故称之为无屑切削。2切管机的结构组成及传动原理2.1切管机的结构组成图2中的展开图，就是沿轴心线-的剖切面A-A(图3)展开后绘制出来的1。由图可见，铜管管料分别置于四条轴心线、上，且各切刀组件结构完全一样。因此具体分析切刀切削运动时，可以取其中之一为例说明。图2传动展开图 图3 B-B平面同步齿形带传动简图 2.2主运动传动原理主运动由电动机经联轴节传至轴(见图2)，在轴上装有两个大小相同的齿形带轮2，分别为两平面(B-B和C-C)同步齿形带传动的主动轮。运动由轴到轴心线、上的切刀组件分别由此两平面同步齿形带传动机构同时传递。轴心线、上亦分别装有两个同轴线但不在同一平面的齿形带轮。其中之一为B-B平面同步齿形带传动之从动轮，另一个为C-C平面同步齿形带传动之从动轮。B-B平面同步齿形带传动如图3所示，C-C平面同步齿形带传动如图4所示3。在每一平面带传动中，、轴心线上的从动轮均由同一条同步齿形带传递运动，所以它们各自的运动是一致的，这就是该切管机一次可同时切断四根管之缘故。图4 C-C平面同步齿形带传动简图1 张紧带轮2 油缸3 张紧带轮 运动经每条轴心线上的两带轮再分别传给两空心轴(参见图5)，B-B平面上的从动带轮7通过平键6带动主轴5及固定在主轴上的托轮1旋转，主轴5通过阶梯销4带动刀盘3及固定在刀盘上的切刀2旋转。而C-C平面上的从动带轮8通过平键9带动空心轴10旋转，轴10的右端为偏心轴台阶。由于本机所有的带轮大小规格相同，所以由电机传至两空心轴5和10的转速相同，n5=n10=n电机。这时轴5和轴10之间没有相对运动，轴10、轴5、刀盘3、切刀2及托轮1如一整体，一起对由空心轴10的过料孔径到达切刀位置的铜管作旋转运动，这就形成了切刀的旋转主运动。图5 切刀组件结构图1 托轮2 切刀3 刀盘4 阶梯销5 主轴6 平键7 带轮8 带轮9 平键10 空心轴 2.3进给运动的生成和传动原理2.3.1进给运动的生成铜管壁厚较薄，外径10mm以下的常用铜管壁厚均2mm，因此切刀的最大进给量fmax稍大于2mm/次即可。本例切刀进给量f是可调的，最大进给量fmax=3.2mm/次。鉴于本机所需求的切削进给量较小之故，采用偏心调节切刀的径向位置来达到进给运动的目的。图5中的刀盘3活套在空心轴10右端的偏心轴台阶之上。当两者都围绕铜管等速回转时，两者之间没有相对运动，如同一整体。但若给空心轴10输入一附加运动，轴10与刀盘3之间就会产生相对运动。为了进一步分析偏心调节机构的运动，将切削平面D-D(图5)的结构简化成图6所示的曲柄滑块机构3。图中O点相当于偏心盘的回转中心，O1点相当于偏心盘的几何中心，曲柄1的长度l1即偏心距e，O2点相当于刀盘上切刀中心位置的点。由于刀盘的内孔活套在偏心盘的外圆上，所以切刀中心O2至偏心盘几何中心O1距离始终恒定不变，相当于图6连杆2的长度l2。滑动3相当于刀盘，滑块沿水平方向的位移即刀盘的径向位移f。图6 偏心调节机构运动简图 图5的轴10与刀盘3之间产生的相对转角即曲柄1绕支点O的转角，由三角形O2O1O得：x=l2cos l1cos=l2cos ecos由于el2,0，可近似认为cos=1，代入(1)式得：xl2 ecos当曲柄自=0的位置转至图6所示的位置时，滑块3的位移为：f=l2 l1-xl2 e-(l2 ecos)e(1-cos)由(2)式可见，f是可调的，它随相对转角的大小变化而变化。2.3.2进给运动的传动原理切刀切入的进给运动由C-C剖面(图2)的切断进给油缸驱动，参见图4，油缸2带动两张紧皮带轮1和3同步移动，移动量为s，移动的结果是引起C-C剖面的同步齿形带增加附加位移量2s4，轴心线、的从动轮亦分别增加附加转角，大小为： 式中：p同步齿形带周节z带轮齿数C-C剖面从动轮的附加转角亦即引起上述切入进给运动所需的相对转角，所以=,以(3)式代入(2)式得： 以本例零件规格参数e=1.6mm,p=12.7mm,z=18代入(4)式得：f=1.61-cos(3.15s)0=1.6-1.6cos(3.15s)0(mm/次)由上式可知，切入进给量f的大小，取决于油缸工作行程s的大小。或者说，根据要加工铜管的壁厚大小，调整油缸工作行程s来决定切入进给量f的数值。3结论综上所述，四把切刀的旋转主运动由图2中的电动机来驱动，切刀切入进给运动则由图4中的切断进给油缸来驱动。在生产过程中，电动机一直带动四把切刀作旋转主运动，铜管源源不断地由各切刀组件的过料孔而经过切刀位置。给切管机一个机器指令，铜管停止前送，切断进给油缸伸缩一次，切刀就来回作一次径向切入动作。可见本机的动作一气呵成，效率高，完全符合生产线的节拍要求。实践证明，该设计是成功的，并具良好的推广应用前景。这是我公司生产的切管机。JQG-230/365/460型数控切管机简介由我公司设计的JQG-365型数控切管机已研制成功，并顺利通过天津钢管公司的验收。该产品填补了国内空白，并获国家发明专利，已列入2008年山东省技术创新项目。本机床利用齿轮差动进给原理，实现刀具在高速旋转的刀盘上纵向进给，从而实现了钢管夹持不动，刀盘旋转切削的新理念。有效解决了钢管高速旋转加工方式中存在的高能耗、机床抖动、切削效率低、刀具寿命短、生产作业率低、钢管端面质量差、无法定尺等问题。本机床由Siemens数控系统控制，可自动实现对钢管送料、定尺、夹持、刀具进给、松开、输送成品、打印批号、尾料输出等功能，并自动循环，从而实现连续自动化加工，大幅度提高了工作效率，为企业提供了连续化大批量生产的解决方案。1、主要特点 节能效果好。使用刀具旋转，管材不动，节省了管材旋转所需要的动力。 效率高、运行成本低。采用多刀同时加工的切削方式，加工效率高，刀具消耗少。 加工精度高、噪音小。 可靠性高、精度维持性好、维护方便 。 控制系统采用基于工业以太网运动控制平台，自动化程度高，控制功能强，完全实现钢管切断加工的生产自动化。2、主要用途本机床特别适宜于石油套管、焊管、高压锅炉管、管线管、光套管等的高效、精密切断加工，能够满足石油、冶金、轴承等行业大批量生产的场合。同时，可降低电能消耗，节约钢材。3、主要技术参数序号项目单位规格参数备注JQG-230JQG-365JQG-4601切管直径范围mm76.2-230139.7-365177.8-4602加工最大壁厚mm3045603加工钢管长度mm6000-150004主轴最高转速rpm60-60050-40040-320无级变速5进刀行程mm4050756主电机功率Kw3037457切管精度mm 0.058加工管端与管子轴线的垂直度mm0.15/1009加工端面粗糙度umRa6.34、主要结构特点 主轴箱采用厚板焊接结构，并合理布置筋板；主轴采用合金钢材料，经热处理并精密磨削加工；轴承采用进口高精度圆锥滚子轴承，采用油润滑冷却。 主电机通过皮带带动传动轴，由一对斜齿轮驱动主轴及刀盘旋转；主电机采用变频电机，可进行无级调速。 进刀机构由伺服电机通过滚珠丝杠驱动，导轨采用滚动导轨，滚珠丝杠经过预拉伸，大大提高了抵抗热变形能力，保证了进给轴的刚性和精度，有效提高切管机床的加工精度。 喂料系统由伺服电机通过同步带、滚珠丝杠驱动，导轨采用滚动导轨。滚珠丝杠在装配时进行了预拉伸，大大提高了抵抗热变形能力，喂料精度可达0.01mm。液压夹持结构由液压油缸驱动，用于钢管的夹紧送料。为保证两夹紧臂的运动同步，两夹紧臂之间设有一对同步机构。 液压系统进行了强制冷却，以降低油温，保证机床的正常运行。 机床主要外购件如轴承、液压、润滑、照明、冷却系统、传动皮带、电气元件、滚珠丝杠、滚动导轨等均选用了国内外的知名品牌。 配有刚性卡盘，其主要作用是自动夹紧钢管并定心。由液压油缸驱动同步连动板，由同步连动板带动两套摆杆机构摆动，以实现刚性卡盘的自动定心夹紧/松开动作。 配有弹性卡盘，其主要作用是对钢管进行辅助夹紧。 配有链式排屑装置，将切削后