柔性繩線定長(zhǎng)高速切割機(jī)設(shè)計(jì)

張雨欣 張思博 徐新 董理 楊亞楠

摘?要：在諸多生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，常需要大批量具有某一固定長(zhǎng)度的繩線，用于各種使用場(chǎng)合。目前常采用人工割斷的方式，存在割斷長(zhǎng)度誤差較高、耗費(fèi)人工等問題。因此，設(shè)計(jì)一臺(tái)能夠進(jìn)行柔性繩線定長(zhǎng)高速切斷的專用設(shè)備是十分必要的。本文采用氣缸作為牽引系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了可用于多根柔性繩線同時(shí)定長(zhǎng)高速切割的機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)，主要包括繩線放置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、收束捆扎機(jī)構(gòu)、牽引機(jī)構(gòu)與切割機(jī)構(gòu)。其次，基于西門子smart?200?PLC與MCGS觸摸屏構(gòu)建了機(jī)器的控制系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)的定長(zhǎng)繩線高速切斷機(jī)具有高效、精確、便捷的特點(diǎn)，能夠在生產(chǎn)過程中較大程度上提高生產(chǎn)的效率，節(jié)約人工的成本，避免人工的浪費(fèi)。

關(guān)鍵詞：定長(zhǎng)繩線;切割;高速;機(jī)器

傳統(tǒng)的手動(dòng)切割繩線的方法已經(jīng)很難滿足日益加快的生產(chǎn)需求。人工切割繩線的工作效率較低，目前，很多生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要對(duì)繩線進(jìn)行大批量化高精度定長(zhǎng)切斷，在定長(zhǎng)切斷傳統(tǒng)工作過程中是人工進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量后再進(jìn)行切割，如此操作工序十分煩瑣，并且生產(chǎn)出來的繩線的長(zhǎng)度精度較低?；诖朔N情況，需要設(shè)計(jì)出一種高效、精確、便捷地用于柔性繩線定長(zhǎng)切斷的專用機(jī)器。

工程技術(shù)人員已經(jīng)對(duì)切割機(jī)進(jìn)行了部分設(shè)計(jì)研究，王月明[1]研制的聚酯線繩切割機(jī)與傳統(tǒng)的制作方式相比不僅可以減輕人工消耗，還能提高生產(chǎn)良品率，大幅度提高產(chǎn)品生產(chǎn)速度，并且原料損失也相對(duì)較少;但是該機(jī)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(shè)計(jì)的皮帶切割機(jī)以及鄭曉[3]設(shè)計(jì)的皮帶切割機(jī)分別用于切割塊狀皮革和環(huán)狀皮革，該類切割機(jī)極大地減輕了人工的勞動(dòng)強(qiáng)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(zhǎng)切割的問題進(jìn)行，確定了切割系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)：切割裝置，定位測(cè)量裝置、水循環(huán)系統(tǒng)，通過放置支架，限位孔以及刻度線等實(shí)現(xiàn)了管材的定長(zhǎng)精確切斷。張清林等[5]開發(fā)了一種可調(diào)節(jié)的多功能水切割工作臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)工作臺(tái)的自由升降、傾斜，提高了水切割機(jī)的加工范圍及加工能力。袁俊華[6]研究了鋼絞線穿束機(jī)的現(xiàn)狀，介紹了市場(chǎng)對(duì)鋼絞線穿束機(jī)定長(zhǎng)盲割的需求。王成軍[7]則針對(duì)雙錨索切割機(jī)位置控制存在的問題，提出了優(yōu)化方案。張強(qiáng)和陳再良[8]則針對(duì)多線切割設(shè)備中導(dǎo)輪定位的角接觸關(guān)節(jié)軸承在徑向力下磨損而導(dǎo)致定位精度下降影響切割的問題，設(shè)計(jì)了特制的錐形軸套來替代普通的關(guān)節(jié)軸承，降低了磨損的程度，提高了導(dǎo)輪的定位精度。俞國(guó)強(qiáng)[9]設(shè)計(jì)的定量全自動(dòng)繩線切斷機(jī)包括主體支架、導(dǎo)向滑輪、移動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)和長(zhǎng)度計(jì)數(shù)裝置，繩線通過導(dǎo)向滑輪后固定在移動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)上，所述的移動(dòng)切斷裝置包括固定裝置和切刀，且固定裝置置于切刀朝向?qū)蚧喌囊粋?cè)，所述的長(zhǎng)度計(jì)數(shù)裝置為感應(yīng)移動(dòng)切斷裝置在主體支架上滑行的距離和次數(shù)的感應(yīng)計(jì)數(shù)器。通過移動(dòng)切斷裝置實(shí)現(xiàn)里對(duì)繩線的定長(zhǎng)切割，來實(shí)現(xiàn)繩線的定量全自動(dòng)切斷。

綜上所述，對(duì)于柔性繩線的批量化高速定長(zhǎng)切割，并在切割過程中實(shí)現(xiàn)繩線自動(dòng)捆綁的自動(dòng)化切割專機(jī)還沒有明確涉及，因此，本文介紹了一款能實(shí)現(xiàn)上述功能的專用機(jī)器。

1?設(shè)計(jì)內(nèi)容

本文設(shè)計(jì)的繩線高速切斷機(jī)，主要是用于定長(zhǎng)切斷機(jī)切割各種柔性繩線，同時(shí)要兼顧高效、精確、便捷的要求。由于現(xiàn)有的繩線切斷機(jī)都沒有自動(dòng)捆扎的功能，所以該切割機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路是將數(shù)根繩線從上至下穿過收束機(jī)構(gòu)后用膠帶機(jī)進(jìn)行固定，然后通過牽引機(jī)構(gòu)牽引至切刀機(jī)構(gòu)進(jìn)行定長(zhǎng)切割。所以該切斷機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)由繩線放置導(dǎo)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(jī)的機(jī)械主體結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

該切斷專機(jī)的主體組成部分及其作用如下：

（1）繩線放置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)：該機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)放置繩線，導(dǎo)向繩線至收束捆扎機(jī)構(gòu)。本切割機(jī)擬同時(shí)切割十條繩線，設(shè)計(jì)了十個(gè)繩線卷筒，卷筒通過瓦片式氣脹軸與固定裝置相連接。每個(gè)繩線卷筒兩側(cè)有兩個(gè)螺栓，用于調(diào)節(jié)瓦片式氣脹軸與固定裝置指節(jié)的阻尼，從而保證繩線在切割過程中是繃直的狀態(tài)。十個(gè)繩線卷筒中的八個(gè)成圓形排列，需要導(dǎo)向裝置;而位于中間位置的兩個(gè)繩線卷筒可直接讓繩線穿過后續(xù)的收束捆扎、牽引等機(jī)構(gòu)，所以無須設(shè)置導(dǎo)向裝置。設(shè)計(jì)了L形的導(dǎo)向架將八根繩線匯聚至一處，導(dǎo)向架的彎曲處和末尾分別設(shè)有兩個(gè)導(dǎo)線滾輪，繩線依次穿過兩個(gè)導(dǎo)向滾輪后可匯至一處。

（2）收束捆扎機(jī)構(gòu)：收束捆扎機(jī)構(gòu)分為固定裝置和膠帶機(jī)捆扎裝置兩部分。固定裝置用于捆扎時(shí)進(jìn)行固定，使捆扎得更為牢固;膠帶機(jī)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(chǎn)中的后續(xù)使用。固定機(jī)構(gòu)采用氣脹圈裝置，氣脹圈由氣動(dòng)系統(tǒng)控制。捆扎機(jī)構(gòu)采用齒輪驅(qū)動(dòng)的方式。將膠帶機(jī)固定于大齒輪盤上，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)小齒輪從而帶動(dòng)齒輪盤旋轉(zhuǎn)，使膠帶機(jī)繞繩線旋轉(zhuǎn)，將繩線捆扎起來。固定機(jī)構(gòu)上下各設(shè)有一個(gè)由齒輪驅(qū)動(dòng)的膠帶機(jī)。在收束捆扎機(jī)構(gòu)工作時(shí)，氣脹圈先充氣將繩線收束固定，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)小齒輪從而帶動(dòng)齒輪盤旋轉(zhuǎn)，使膠帶機(jī)繞繩線旋轉(zhuǎn)，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(jī)構(gòu)進(jìn)行下一步操作。

（3）牽引機(jī)構(gòu)：該部分首先固定繩線，然后由運(yùn)動(dòng)裝置帶動(dòng)繩線移動(dòng)，以此將繩線運(yùn)送至切割機(jī)構(gòu)。繩線牽引機(jī)構(gòu)分為運(yùn)動(dòng)裝置和收束固定裝置，仍使用氣動(dòng)系統(tǒng)。牽引機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)裝置是兩個(gè)氣缸，氣缸通過活塞桿與收束固定裝置連接。繩線牽引機(jī)構(gòu)工作時(shí)，由收束固定裝置固定繩線，氣缸推動(dòng)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(fù)牽引繩線向下運(yùn)動(dòng)。

（4）切割機(jī)構(gòu)：該部分負(fù)責(zé)繩線的切割，通過PLC控制，來切割預(yù)定的繩線長(zhǎng)度。繩線切割機(jī)構(gòu)仍然選用氣動(dòng)裝置推動(dòng)。使用氣缸向內(nèi)推動(dòng)兩個(gè)V形的刀片對(duì)繩線進(jìn)行切割。在切刀機(jī)構(gòu)的正下方，設(shè)有收束固定裝置，在切刀切割時(shí)固定繩線，使切割過程更加穩(wěn)定，切割的橫截面更加平整。

本切割機(jī)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(jī)構(gòu)，牽引機(jī)構(gòu)，切割機(jī)構(gòu)。切割機(jī)的整體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。