旋管式切管機(jī),旋管式切管機(jī)
摘要：詳細(xì)介紹彎管成型生產(chǎn)線(xiàn)中關(guān)鍵機(jī)構(gòu)之一的無(wú)屑切管機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)思路。
關(guān)鍵詞：銅管管料；無(wú)屑切管；同步齒形帶傳動(dòng)；偏心調(diào)節(jié)
蒸發(fā)管、冷凝管都是電冰箱中的重要零件，通常它們都用Φ10mm以下的銅管(亦有用鋁管的)彎制而成。在其彎管成型生產(chǎn)線(xiàn)中，切管是其中必不可少的一個(gè)步驟。為其正確配置一臺(tái)高效能的切管機(jī)，是保證整線(xiàn)生產(chǎn)能力和自動(dòng)化水平的關(guān)鍵所在。
以下所介紹的無(wú)屑切管機(jī)是我們專(zhuān)為某冰箱生產(chǎn)廠(chǎng)彎管成型生產(chǎn)線(xiàn)而設(shè)計(jì)的。其特點(diǎn)是在機(jī)器指令下，一次可同時(shí)切斷四根管料，且切削形式獨(dú)特，切口光滑平整，無(wú)切屑、毛刺之憂(yōu)，管料可省卻一道清洗工序，極具重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
1 切削原理
無(wú)屑切管具備的運(yùn)動(dòng)是：
進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：切刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)沿工件徑向擠入運(yùn)動(dòng)；
輔助運(yùn)動(dòng)：管料切口兩側(cè)夾鉗5和6(見(jiàn)圖1)對(duì)管料的把持運(yùn)動(dòng)(工件夾緊和放松)以及拖板4的軸向運(yùn)動(dòng)。拖板4起一個(gè)把銅管向兩邊拉直的作用，以免切斷銅管時(shí)縮口過(guò)大。
圖1 切削原理
1 切刀 1 銅管 3 托輪 4 拖板 5 隨動(dòng)夾鉗 6 固定夾鉗主運(yùn)動(dòng)：切刀繞工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 由圖1可見(jiàn)，在銅管切口處，還應(yīng)具有兩托輪3與切刀1一起均布在銅管2的圓周處，起支承徑向切削力作用。切刀作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，托輪亦作同步旋轉(zhuǎn)。切刀刀刃在銅管圓周高速旋轉(zhuǎn)，慢速切入進(jìn)給，不斷輾壓其管壁，最終導(dǎo)致管壁塑變斷裂。由于切刀為無(wú)齒圓盤(pán)狀，整個(gè)切削過(guò)程都不產(chǎn)生切屑，故稱(chēng)之為無(wú)屑切削。
2 切管機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及傳動(dòng)原理
2.1 切管機(jī)的結(jié)構(gòu)組成
圖2中的展開(kāi)圖，就是沿軸心線(xiàn)Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅳ-Ⅴ的剖切面A-A(圖3)展開(kāi)后繪制出來(lái)的［1］。由圖可見(jiàn)，銅管管料分別置于四條軸心線(xiàn)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ上，且各切刀組件結(jié)構(gòu)完全一樣。因此具體分析切刀切削運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以取其中之一為例說(shuō)明。
圖2 傳動(dòng)展開(kāi)圖
圖3 B-B平面同步齒形帶傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 2.2 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)原理
主運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)經(jīng)聯(lián)軸節(jié)傳至軸Ⅰ(見(jiàn)圖2)，在軸Ⅰ上裝有兩個(gè)大小相同的齒形帶輪［2］，分別為兩平面(B-B和C-C)同步齒形帶傳動(dòng)的主動(dòng)輪。運(yùn)動(dòng)由軸Ⅰ到軸心線(xiàn)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ上的切刀組件分別由此兩平面同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)同時(shí)傳遞。軸心線(xiàn)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ上亦分別裝有兩個(gè)同軸線(xiàn)但不在同一平面的齒形帶輪。其中之一為B-B平面同步齒形帶傳動(dòng)之從動(dòng)輪，另一個(gè)為C-C平面同步齒形帶傳動(dòng)之從動(dòng)輪。B-B平面同步齒形帶傳動(dòng)如圖3所示，C-C平面同步齒形帶傳動(dòng)如圖4所示［3］。在每一平面帶傳動(dòng)中，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ軸心線(xiàn)上的從動(dòng)輪均由同一條同步齒形帶傳遞運(yùn)動(dòng)，所以它們各自的運(yùn)動(dòng)是一致的，這就是該切管機(jī)一次可同時(shí)切斷四根管之緣故。
圖4 C-C平面同步齒形帶傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
1 張緊帶輪 2 油缸 3 張緊帶輪 運(yùn)動(dòng)經(jīng)每條軸心線(xiàn)上的兩帶輪再分別傳給兩空心軸(參見(jiàn)圖5)，B-B平面上的從動(dòng)帶輪7通過(guò)平鍵6帶動(dòng)主軸5及固定在主軸上的托輪1旋轉(zhuǎn)，主軸5通過(guò)階梯銷(xiāo)4帶動(dòng)刀盤(pán)3及固定在刀盤(pán)上的切刀2旋轉(zhuǎn)。而C-C平面上的從動(dòng)帶輪8通過(guò)平鍵9帶動(dòng)空心軸10旋轉(zhuǎn)，軸10的右端為偏心軸臺(tái)階。由于本機(jī)所有的帶輪大小規(guī)格相同，所以由電機(jī)傳至兩空心軸5和10的轉(zhuǎn)速相同，n5=n10=n電機(jī)。這時(shí)軸5和軸10之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，軸10、軸5、刀盤(pán)3、切刀2及托輪1如一整體，一起對(duì)由空心軸10的過(guò)料孔徑到達(dá)切刀位置的銅管作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這就形成了切刀的旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)。
圖5 切刀組件結(jié)構(gòu)圖
1 托輪 2 切刀 3 刀盤(pán) 4 階梯銷(xiāo) 5 主軸 6 平鍵 7 帶輪 8 帶輪 9 平鍵 10 空心軸 2.3 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的生成和傳動(dòng)原理
2.3.1 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的生成
銅管壁厚較薄，外徑Φ10mm以下的常用銅管壁厚均≤2mm，因此切刀的最大進(jìn)給量fmax稍大于2mm/次即可。本例切刀進(jìn)給量f是可調(diào)的，最大進(jìn)給量fmax=3.2mm/次。
鑒于本機(jī)所需求的切削進(jìn)給量較小之故，采用偏心調(diào)節(jié)切刀的徑向位置來(lái)達(dá)到進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的目的。
圖5中的刀盤(pán)3活套在空心軸10右端的偏心軸臺(tái)階之上。當(dāng)兩者都圍繞銅管等速回轉(zhuǎn)時(shí)，兩者之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如同一整體。但若給空心軸10輸入一附加運(yùn)動(dòng)，軸10與刀盤(pán)3之間就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。為了進(jìn)一步分析偏心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，將切削平面D-D(圖5)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成圖6所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)［3］。圖中O點(diǎn)相當(dāng)于偏心盤(pán)的回轉(zhuǎn)中心，O1點(diǎn)相當(dāng)于偏心盤(pán)的幾何中心，曲柄1的長(zhǎng)度l1即偏心距e，O2點(diǎn)相當(dāng)于刀盤(pán)上切刀中心位置的點(diǎn)。由于刀盤(pán)的內(nèi)孔活套在偏心盤(pán)的外圓上，所以切刀中心O2至偏心盤(pán)幾何中心O1距離始終恒定不變，相當(dāng)于圖6連桿2的長(zhǎng)度l2。滑動(dòng)3相當(dāng)于刀盤(pán)，滑塊沿水平方向的位移即刀盤(pán)的徑向位移f。
圖6 偏心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 圖5的軸10與刀盤(pán)3之間產(chǎn)生的相對(duì)轉(zhuǎn)角即曲柄1繞支點(diǎn)O的轉(zhuǎn)角φ，由三角形O2O1O得：
x=l2cosθ l1cosφ=l2cosθ ecosφ
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