方形纸筒切管机设计学士学位论文(编辑修改稿)

方形纸筒切管机设计学士学位论文(编辑修改稿)内容摘要：

与芯轴始终受到周期波动的切削力作用，使刀具产生磨损不均匀现象。 并且在角部已经切断的情况下，平面处尚未切断，必须继续进行切割这样必然会对角部的芯轴产生破坏 ，并额外增加刀具的工作量，造成二者使用寿命过短。 芯轴刚度不足 原有纸管切割机一般为单侧刀切割，使芯轴受到很大的径向力，当芯轴呈细长状时，显得刚度明显不足。 生产效率低下 人工操作完成。 对小截面方形纸管每上料、卸料一次只能切割一段。 解决方案 切深不均的解决方案 方管切割与圆管切割主要的不同之处在于方管不是回转体，在回转运动时其与刀具接触点随角度变化而产生周期性的相对的径向移动，本设计采用了凸轮仿形结构，从而可以使工件回转时，刀具的同步进退，能有效解决切 深不均问题以及刀具和芯轴使用寿命短问题。 仿形块与芯轴通过齿轮以 2： 1 的传动比联系在一起。 刀具进给与返回 仿形块带动气缸在滑轨上来回滑动，气缸再带动刀具，气缸与刀具均由仿形块带动，靠气缸自身的伸缩实现刀具的进给与返回。 各工艺过程的连锁动作 设有手自动转换，可实现手动与自动自由转换。 自动工作时，在装完毛料后，按下 “启动 ”按钮，此后包括停止在内的所有动作均由机器自动完成。 工作过程如下： 将纸管套装在芯轴之上，按启动按钮，电机启动，工件开始旋转，同时电磁阀动作，汽缸通气，气缸带动刀具进给 将道具压在纸管上，弹簧伸缩，使刀具对纸管的压力接近要求压力（此压力由纸管厚度及经验确定），到达要求压力后，开始切割，时间继电器到达调定的合适时间后（此时间根据试验及经验确定），电磁阀换向，气缸带动刀具返回原位，电机停止，手工卸料，一个工作循环完成。 在以上解决方案解决中，用凸轮机构解决切深不均的问题，并使刀具对纸管的压力恒哈尔滨远东理工学院学士学位论文 4 定，同时缓解了刀具与芯轴的磨损情况，同时也实现了仿形的功能。 道具的进给用气缸控制，这样能实现道具频繁的换向和自动进给，而且还能用气缸保护刀具切割时的过载。 立题意义 本课题的意义在 于研究一种操作简单方便、生产成本低、高精度、高效率的方形纸筒切管机，这个题目的成功研制将会提高纸制品的生产效率、加工精度以及降低生产成本具有重要意义。 本文主要内容 本文对方纸管的切割现状进行了分析，有针对性进行了功能元分解与设计，选用一些经济实用、同时对部分主要零部件进行了计算与校核，最后对本产品开发设计的社会与经济效益进行了分析，对设计进行了总结。 哈尔滨远东理工学院学士学位论文 5 第 2 章 设计说明 概述 本产品由驱动系统、传动系统、横向行走机构、对切刀架总成、尾座总成、控制系统、机架等几部分组成，详见总装配图《纸筒 切管机》。 本产品专门用于切割方形纸管（下称纸管），并能够通过更换仿形凸轮达到切割多种规格纸管的目的。 功能元分解 驱动系统 减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。 它的种类繁多，型号 各异，不同种类有不同的用途。 减速器的种类繁多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器；按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥－圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可 分为展开式、分流式和同轴式减速器。 以下是常用的减速 机分类： （ 1）摆线针轮是减速器 （ 2）硬齿面减速机 （ 3）圆柱齿轮减速机 （ 4）行星齿轮减速机 （ 5）三环减速机 （ 6）起重机减速机 （ 7）蜗杆减速机 （ 8）轴装式硬齿面减速机 （ 9）无级变速器 蜗轮蜗杆减速机的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。 但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。 谐波减速机的谐波传动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力的，体积不大、精度很高，但缺点是柔轮寿命有限、不耐冲击，刚性与金属件相比较差。 输 入转速不能太高。 行星减速机其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大。 但价格略贵。 为了使切管机结构紧凑，在这里选择的驱动系统由电机及摆线针轮减速器组成，为传动机构中两根轴的转动提供动力源。 传动系统 传动系统由变速器、纸管芯轴、仿形轴、仿形凸轮等组成，由于变速器的作用，使纸哈尔滨远东理工学院学士学位论文 6 管芯轴与仿形轴的之间形成一个固定的转速比 1： 2，这样的传动比要比二者转速相同好，因为这样可以使仿形凸轮结构尺寸变小并获得相同的仿形效果。 传动系统使纸管芯轴及仿形凸轮获得需要的转速。 纸 管芯轴由工程塑料制成，工程塑料的主要优点如下： (1)由于工程塑料可以直接注射成型外形复杂的结构形式 ,因此便于制成所需的芯轴形状。 (2)当切透纸管时，用塑料芯轴能有效防止刀具与芯轴的作用刀具和芯轴。 (3)工程塑料密度低 ,仅为钢的 1/7,因此芯轴本身得重力小，在同等条件下可以有效缓解芯轴的刚度不足问题。 (4)耐摩擦 ,磨损，自润滑性能优异 ,在装卸纸管时可以做到迅速更换。 (5)工程塑料的韧性好、耐冲击、抗断裂性好、缓振性好，当出现刀具过载而使芯轴受力过大时，可以起到有效的缓解作用。 (6)耐酸 ,耐腐蚀，当 纸筒切管机切割油性或酸性的纸筒时用塑料芯轴能有效防止用金属芯轴出现的腐蚀现象。 (7)成本低。 仿形凸轮机构的优点为：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律，并且结构简单、紧凑，设计方便。 他的缺点是凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易磨损，所以通常多用于传力不大的控制机构。 横向行走机构 横向行走机构主要由轨道、齿条及行走小车等组成，在主动轴上有两个完全相同的齿轮同步驱动小车行走，小车上具有紧固轮，紧固以后可以使小车停在轨道之上的需要位置。 当切割不同长度的纸管时，可以转动横向 行走机构的手轮，按标尺指示长度的位置停稳并拧紧紧固轮。 需要说明的是，当切割长度小于 100 时，需要在纸管芯轴靠近左端部的定位点右移（另配单独的定位板），这样就可以获得较短的纸管。 对切刀架总成 对切刀架总成由切刀、小刀架、气缸、气缸架、导轨等组成，气缸及切刀等件均安装于导轨之上，并能自由滑动，同时气缸可以推动切刀进给和退回，安装于导轨之上的所有零部件均在仿形凸轮的带动下随纸管的转动同步进退，小刀架之上安装有保护弹簧，其弹簧力可以调至与设定切割力相同，能够防止切刀和芯轴受过大切割力的破坏。 按运动学 原理，所谓的导轨就将运动构件约束到只有一个自由度的装置。 这一个自由度可以是直线运动或者是回转运动。 导轨装置，在机械中使用频率较高的部件之一，没有不使用导轨的机床；在测量机、绘图机等上导轨是他们的工作基准，在其他机械中也离不开导轨的导向作用。 由此可见导轨的精度、承载能力和使用寿命都将直接影响机械的质量。 导轨设计要求： 哈尔滨远东理工学院学士学位论文 7 （ 1）几何精度就是通常所说的导向精度，及运动的直线或回转精度； （ 2）运动精度包括：运动的平稳性（例如低速不爬行）和定位的精确性（角定位和线定位）； （ 3）具有足够的刚度、承载能力和使用寿命 ； （ 4）机构简单、工艺性好、便于调整和维修； （ 5）具有良好的防护、润滑。 导轨的设计及内容： （ 1）根据载荷特点、工作条件，确定导轨的结构尺寸、类型和截面形状。 （ 2）导轨的力学计算，选择导轨材料热处理方法和表面精加工及硬度匹配。 （ 3）导轨的配合间隙和预加载荷调整机构。 （ 4）导轨的润滑系统及防护装置。 （ 5）制定导轨的技术条件和精度。 在本纸筒切管机中，直线导轨副只起到限制刀架纵向行走机构的自由度的作用，并且切管机对导轨的要求也不高，所以导轨用 Q235 钢制作即可。 尾座总成 尾座总成主要 由回转顶尖、尾座体、滑芯、螺杆等组成，前部安装的回转顶尖可以在尾座体上伸出和退回，工作时顶尖顶在仿形轴端部，以加强仿形凸轮轴的刚度，更换仿形凸轮时，回转顶尖退回，更换完毕顶尖重新伸出。 顶尖的选择 顶尖，机械加工中的机床尾座的部件。 可对端面复杂的零件和不允许打中心孔的零件进行支承。 顶尖主要由顶针、夹紧装置、壳体、固定销、轴承和芯轴组成。 顶针的一端可顶中心孔或管料的内孔，另一端可顶端面是球形或锥形的零件顶针由夹紧装置固定。 当零件不允许或无法打中心孔时，可用夹紧装置直接夹住车削。 机床尾座在加工中起着支撑、钻孔、 镗孔等等重要作用。 在这里借用顶尖来提高仿形轮轴的刚度。 控制系统 控制系统控制切割机按工艺要求进行工作，分为手动和自动两种工作方式，自动控制时，事先按所切纸管的口径和壁厚调整好定时器，按下启动按钮，电机工作，通过传动机构带动主轴和仿形凸轮同时转动，同时通过对电磁阀的控制，使气缸伸出，开始切割，达到定时器调定的时间后，气缸退回，电机断电，停止切割，一个工作循环完成。 如果下一次切割的纸管与上次相同，不必再重新调整定时器。 手动控制时，以上每一步工作都由手动操作完成。 本章小结 在本章中，主要介 绍了纸筒切管机的主要组成机构及系统，通过对比选择了由电机及哈尔滨远东理工学院学士学位论文 8 摆线针轮减速器组成的减速机作为纸筒切管机的动力输出系统，为了提高芯轴的耐用度选择了工程材料制作的芯轴。 提出了用仿形凸轮控制刀架的往复运动，根据轨道的设计要求选择了导轨的材料。 选用了尾座作为在加工中支撑仿形轮轴来提高仿形轮轴的刚度。 提出了自动控制的设计思想。 哈尔滨远东理工学院学士学位论文 9 第 3 章 动力与结构参数计算 功能描述 仿形切割 切深微调功能 切割长度可调 仿形凸轮可快速更换，以切割不同规格纸管 气动进给与返回 具有手动 /自动切换功能 操 作及维修方便，使用安全可靠 工艺参数 切割纸管规格： 1515~5656mm 切割纸管最大长度： 550mm 纸管厚度： ≤3mm 主轴转速： 20~30r/min 刀具切割径向力： 15~25Kg 刀片规格： 76 工作条件 电源： ~380V 50Hz 气源压力： 3~5bar（压缩空气） 外形尺寸：宽 长 高 9002020980mm 环境温度 ： 0~+40℃ 动力参数计算 推动力计算 设定刀具与工件之 间正压力为： N=200~250N 气缸的推力为 F，则： F= cosN = cos250 （ 31） 如图 其中当  =0176。 时 F=N 当  =45176。 时 F=2/2250=353N 哈尔滨远东理工学院学士学位论文 10 NF即 Fmax=353N 功率计算 有两把切刀同时对工件进行切 割，设定主轴转速范围为 20~25 r/min，主轴产生的转矩为 T，主轴功率为 P，则： 当 α=45176。 时，主轴转矩最大 Tmax=250282=104 Nmm （ 32） 此时主轴功率 P= Tn=6   = KW （ 33） 设在传动链中各环节的效率分别为： 联轴器 η1=； 轴承 η2=； 齿轮 η3=； 切刀 η4=； 凸轮 η5=； 直线导轨 η6=； 顶尖 η7=；减速器 η8= 总效率： η== （ 34） 电机功率： P0=P/η=（ 35） 考虑今后产品切刀数量扩展的可能及工作的稳定可靠，选择市场现成产品 ——摆线针轮式减速器，按功率 级别选用。 根据功率及结构要 求，选择减速器型号为 R67 型， 电机减速器做为本设备的驱动系统。 （参考厂家为：北京北方明珠减速器有限公司） 摆线针轮减速机工作原理：摆线针轮减速机应用行星式传动原理。 采用摆线针齿啮合的传动装置，摆线针轮减速机传动装置可分为三部分：输入部分、减速部分、输出部分。 在输入轴上装一个 180176。 的双偏心套（错位的），在偏心套上装有两个滚柱轴承，形成 H 形机构。 两个摆线轮中心孔即为偏心套上转臂轴承的滚道，并由摆线轮和针齿轮上环形排列图 31 刀具受力分析图 哈尔滨远东理工学院学士学位论文 11 的针齿相啮合，以组成齿差为一齿的内齿啮合减速机构，（为了减小摩擦，在速度比小的减速 机中，针齿上带有针齿套）。 当输入轴带着偏心套转动一周时，由于摆线轮上齿廓曲线的特点及其受针齿轮上针齿的限制，摆线轮的运动成为既有自转又有公转的平面运动，在输入轴正转一周时，偏心套也转动一周，摆线轮于相反方向转过一个齿以得到减速，再借助 W 形输出机构，将摆线轮的低速自转运动通过销轴，传递给输出轴，从而得到较低输出转速。 摆线针轮减速机特点： 高速比和高效率单级传动，就能达到一比八十七的减速比，效率在百分之九十以上，如果采用多级传动，减速比更大。 结构紧凑体积小，由于采用行星传动原理，输入轴输出轴。