【正文】 動(dòng)刀具返回原位，電機(jī)停止，手工卸料，一個(gè)工作循環(huán)完成。在以上解決方案解決中，用凸輪機(jī)構(gòu)解決切深不均的問題，并使刀具對(duì)紙管的壓力恒定，同時(shí)緩解了刀具與芯軸的磨損情況，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了仿形的功能。道具的進(jìn)給用氣缸控制，這樣能實(shí)現(xiàn)道具頻繁的換向和自動(dòng)進(jìn)給，而且還能用氣缸保護(hù)刀具切割時(shí)的過(guò)載。 立題意義本課題的意義在于研究一種操作簡(jiǎn)單方便、生產(chǎn)成本低、高精度、高效率的方形紙筒切管機(jī)，這個(gè)題目的成功研制將會(huì)提高紙制品的生產(chǎn)效率、加工精度以及降低生產(chǎn)成本具有重要意義。 本文主要內(nèi)容本文對(duì)方紙管的切割現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，有針對(duì)性進(jìn)行了功能元分解與設(shè)計(jì)，選用一些經(jīng)濟(jì)實(shí)用、同時(shí)對(duì)部分主要零部件進(jìn)行了計(jì)算與校核，最后對(duì)本產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了分析，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)。第2章 設(shè)計(jì)說(shuō)明 概述本產(chǎn)品由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、橫向行走機(jī)構(gòu)、對(duì)切刀架總成、尾座總成、控制系統(tǒng)、機(jī)架等幾部分組成，詳見總裝配圖《紙筒切管機(jī)》。本產(chǎn)品專門用于切割方形紙管（下稱紙管），并能夠通過(guò)更換仿形凸輪達(dá)到切割多種規(guī)格紙管的目的。 功能元分解 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速機(jī)是一種相對(duì)精密的機(jī)械，使用它的目的是降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩。它的種類繁多，型號(hào)各異，不同種類有不同的用途。減速器的種類繁多，按照傳動(dòng)類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星齒輪減速器；按照傳動(dòng)級(jí)數(shù)不同可分為單級(jí)和多級(jí)減速器；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐－圓柱齒輪減速器；按照傳動(dòng)的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器。以下是常用的減速機(jī)分類： （1）擺線針輪是減速器 （2）硬齒面減速機(jī)（3）圓柱齒輪減速機(jī) （4）行星齒輪減速機(jī) （5）三環(huán)減速機(jī) （6）起重機(jī)減速機(jī) （7）蝸桿減速機(jī) （8）軸裝式硬齒面減速機(jī) （9）無(wú)級(jí)變速器蝸輪蝸桿減速機(jī)的主要特點(diǎn)是具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但是一般體積較大，傳動(dòng)效率不高，精度不高。諧波減速機(jī)的諧波傳動(dòng)是利用柔性元件可控的彈性變形來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，體積不大、精度很高，但缺點(diǎn)是柔輪壽命有限、不耐沖擊，剛性與金屬件相比較差。輸入轉(zhuǎn)速不能太高。行星減速機(jī)其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長(zhǎng)，額定輸出扭矩可以做的很大。但價(jià)格略貴。為了使切管機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，在這里選擇的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)及擺線針輪減速器組成，為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中兩根軸的轉(zhuǎn)動(dòng)提供動(dòng)力源。 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)由變速器、紙管芯軸、仿形軸、仿形凸輪等組成，由于變速器的作用，使紙管芯軸與仿形軸的之間形成一個(gè)固定的轉(zhuǎn)速比1：2，這樣的傳動(dòng)比要比二者轉(zhuǎn)速相同好，因?yàn)檫@樣可以使仿形凸輪結(jié)構(gòu)尺寸變小并獲得相同的仿形效果。傳動(dòng)系統(tǒng)使紙管芯軸及仿形凸輪獲得需要的轉(zhuǎn)速。紙管芯軸由工程塑料制成，工程塑料的主要優(yōu)點(diǎn)如下：(1)由于工程塑料可以直接注射成型外形復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式,因此便于制成所需的芯軸形狀。(2)當(dāng)切透紙管時(shí)，用塑料芯軸能有效防止刀具與芯軸的作用刀具和芯軸。(3)工程塑料密度低,僅為鋼的1/7,因此芯軸本身得重力小，在同等條件下可以有效緩解芯軸的剛度不足問題。(4)耐摩擦,磨損，自潤(rùn)滑性能優(yōu)異,在裝卸紙管時(shí)可以做到迅速更換。(5)工程塑料的韌性好、耐沖擊、抗斷裂性好、緩振性好，當(dāng)出現(xiàn)刀具過(guò)載而使芯軸受力過(guò)大時(shí)，可以起到有效的緩解作用。(6)耐酸,耐腐蝕，當(dāng)紙筒切管機(jī)切割油性或酸性的紙筒時(shí)用塑料芯軸能有效防止用金屬芯軸出現(xiàn)的腐蝕現(xiàn)象。(7)成本低。仿形凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)為：只需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，便可使從?dòng)件得到所需的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，設(shè)計(jì)方便。他的缺點(diǎn)是凸輪輪廓與從動(dòng)件之間為點(diǎn)接觸或線接觸，易磨損，所以通常多用于傳力不大的控制機(jī)構(gòu)。 橫向行走機(jī)構(gòu)橫向行走機(jī)構(gòu)主要由軌道、齒條及行走小車等組成，在主動(dòng)軸上有兩個(gè)完全相同的齒輪同步驅(qū)動(dòng)小車行走，小車上具有緊固輪，緊固以后可以使小車停在軌道之上的需要位置。當(dāng)切割不同長(zhǎng)度的紙管時(shí)，可以轉(zhuǎn)動(dòng)橫向行走機(jī)構(gòu)的手輪，按標(biāo)尺指示長(zhǎng)度的位置停穩(wěn)并擰緊緊固輪。需要說(shuō)明的是，當(dāng)切割長(zhǎng)度小于100時(shí)，需要在紙管芯軸靠近左端部的定位點(diǎn)右移（另配單獨(dú)的定位板），這樣就可以獲得較短的紙管。 對(duì)切刀架總成對(duì)切刀架總成由切刀、小刀架、氣缸、氣缸架、導(dǎo)軌等組成，氣缸及切刀等件均安裝于導(dǎo)軌之上，并能自由滑動(dòng)，同時(shí)氣缸可以推動(dòng)切刀進(jìn)給和退回，安裝于導(dǎo)軌之上的所有零部件均在仿形凸輪的帶動(dòng)下隨紙管的轉(zhuǎn)動(dòng)同步進(jìn)退，小刀架之上安裝有保護(hù)彈簧，其彈簧力可以調(diào)至與設(shè)定切割力相同，能夠防止切刀和芯軸受過(guò)大切割力的破壞。按運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，所謂的導(dǎo)軌就將運(yùn)動(dòng)構(gòu)件約束到只有一個(gè)自由度的裝置。這一個(gè)自由度可以是直線運(yùn)動(dòng)或者是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌裝置，在機(jī)械中使用頻率較高的部件之一，沒有不使用導(dǎo)軌的機(jī)床；在測(cè)量機(jī)、繪圖機(jī)等上導(dǎo)軌是他們的工作基準(zhǔn)，在其他機(jī)械中也離不開導(dǎo)軌的導(dǎo)向作用。由此可見導(dǎo)軌的精度、承載能力和使用壽命都將直接影響機(jī)械的質(zhì)量。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)要求：（1）幾何精度就是通常所說(shuō)的導(dǎo)向精度，及運(yùn)動(dòng)的直線或回轉(zhuǎn)精度；（2）運(yùn)動(dòng)精度包括：運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性（例如低速不爬行）和定位的精確性（角定位和線定位）；（3）具有足夠的剛度、承載能力和使用壽命；（4）機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、便于調(diào)整和維修；（5）具有良好的防護(hù)、潤(rùn)滑。導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)及內(nèi)容：（1）根據(jù)載荷特點(diǎn)、工作條件，確定導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)尺寸、類型和截面形狀。（2）導(dǎo)軌的力學(xué)計(jì)算，選擇導(dǎo)軌材料熱處理方法和表面精加工及硬度匹配。（3）導(dǎo)軌的配合間隙和預(yù)加載荷調(diào)整機(jī)構(gòu)。（4）導(dǎo)軌的潤(rùn)滑系統(tǒng)及防護(hù)裝置。（5）制定導(dǎo)軌的技術(shù)條件和精度。在本紙筒切管機(jī)中，直線導(dǎo)軌副只起到限制刀架縱向行走機(jī)構(gòu)的自由度的作用，并且切管機(jī)對(duì)導(dǎo)軌的要求也不高，所以導(dǎo)軌用Q235鋼制作即可。 尾座總成尾座總成主要由回轉(zhuǎn)頂尖、尾座體、滑芯、螺桿等組成，前部安裝的回轉(zhuǎn)頂尖可以在尾座體上伸出和退回，工作時(shí)頂尖頂在仿形軸端部，以加強(qiáng)仿形凸輪軸的剛度，更換仿形凸輪時(shí)，回轉(zhuǎn)頂尖退回，更換完畢頂尖重新伸出。頂尖的選擇頂尖，機(jī)械加工中的機(jī)床尾座的部件?？蓪?duì)端面復(fù)雜的零件和不允許打中心孔的零件進(jìn)行支承。頂尖主要由頂針、夾緊裝置、殼體、固定銷、軸承和芯軸組成。頂針的一端可頂中心孔或管料的內(nèi)孔，另一端可頂端面是球形或錐形的零件頂針由夾緊裝置固定。當(dāng)零件不允許或無(wú)法打中心孔時(shí)，可用夾緊裝置直接夾住車削。機(jī)床尾座在加工中起著支撐、鉆孔、鏜孔等等重要作用。在這里借用頂尖來(lái)提高仿形輪軸的剛度。 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制切割機(jī)按工藝要求進(jìn)行工作，分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式，自動(dòng)控制時(shí)，事先按所切紙管的口徑和壁厚調(diào)整好定時(shí)器，按下啟動(dòng)按鈕，電機(jī)工作，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)主軸和仿形凸輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)通過(guò)對(duì)電磁閥的控制，使氣缸伸出，開始切割，達(dá)到定時(shí)器調(diào)定的時(shí)間后，氣缸退回，電機(jī)斷電，停止切割，一個(gè)工作循環(huán)完成。如果下一次切割的紙管與上次相同，不必再重新調(diào)整定時(shí)器。手動(dòng)控制時(shí)，以上每一步工作都由手動(dòng)操作完成。 本章小結(jié)在本章中，主要介紹了紙筒切管機(jī)的主要組成機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)比選擇了由電機(jī)及擺線針輪減速器組成的減速機(jī)作為紙筒切管機(jī)的動(dòng)力輸出系統(tǒng)，為了提高芯軸的耐用度選擇了工程材料制作的芯軸。提出了用仿形凸輪控制刀架的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)軌道的設(shè)計(jì)要求選擇了導(dǎo)軌的材料。選用了尾座作為在加工中支撐仿形輪軸來(lái)提高仿形輪軸的剛度。提出了自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)思想。第3章 動(dòng)力與結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算 功能描述仿形切割切深微調(diào)功能切割長(zhǎng)度可調(diào)仿形凸輪可快速更換，以切割不同規(guī)格紙管氣動(dòng)進(jìn)給與返回具有手動(dòng)/自動(dòng)切換功能操作及維修方便，使用安全可靠 工藝參數(shù)切割紙管規(guī)格：1515~5656mm切割紙管最大長(zhǎng)度：550mm紙管厚度：≤3mm主軸轉(zhuǎn)速：20~30r/min刀具切割徑向力：15~25Kg刀片規(guī)格：76 工作條件電源：~380V 50Hz氣源壓力：3~5bar（壓縮空氣）外形尺寸：寬長(zhǎng)高 9002000980mm環(huán)境溫度：0~+40℃ 動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 推動(dòng)力計(jì)算 設(shè)定刀具與工件之間正壓力為：N=200~250N氣缸的推力為F，則：F== （31） 其中當(dāng)=0176。 時(shí)F=N當(dāng)=45176。時(shí)F==353N即Fmax=353N圖31 刀具受力分析圖 功率計(jì)算有兩把切刀同時(shí)對(duì)工件進(jìn)行切割，設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速范圍為20~25 r/min，主軸產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為T，主軸功率為P，則：當(dāng)α=45176。時(shí)，主軸轉(zhuǎn)矩最大Tmax=250282=104 Nmm （32）此時(shí)主軸功率P=== KW （33）設(shè)在傳動(dòng)鏈中各環(huán)節(jié)的效率分別為：聯(lián)軸器η1=； 軸承η2=； 齒輪η3=； 切刀η4=；凸輪η5=； 直線導(dǎo)軌η6=； 頂尖η7=；減速器η8=總效率：η== （34）電機(jī)功率：P0=P/η=（35）考慮今后產(chǎn)品切刀數(shù)量擴(kuò)展的可能及工作的穩(wěn)定可靠，選擇市場(chǎng)現(xiàn)成產(chǎn)品——擺線針輪式減速器。根據(jù)功率及結(jié)構(gòu)要求，選擇減速器型號(hào)為R67型。（參考廠家為：北京北方明珠減速器有限公司）擺線針輪減速機(jī)工作原理：擺線針輪減速機(jī)應(yīng)用行星式傳動(dòng)原理。采用擺線針齒嚙合的傳動(dòng)裝置，擺線針輪減速機(jī)傳動(dòng)裝置可分為三部分：輸入部分、減速部分、輸出部分。在輸入軸上裝一個(gè)180176。的雙偏心套（錯(cuò)位的），在偏心套上裝有兩個(gè)滾柱軸承，形成H形機(jī)構(gòu)。兩個(gè)擺線輪中心孔即為偏心套上轉(zhuǎn)臂軸承的滾道，并由擺線輪和針齒輪上環(huán)形排列的針齒相嚙合，以組成齒差為一齒的內(nèi)齒嚙合減速機(jī)構(gòu)，（為了減小摩擦，在速度比小的減速機(jī)中，針齒上帶有針齒套）。 當(dāng)輸入軸帶著偏心套轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，由于擺線輪上齒廓曲線的特點(diǎn)及其受針齒輪上針齒的限制，擺線輪的運(yùn)動(dòng)成為既有自轉(zhuǎn)又有公轉(zhuǎn)的平面運(yùn)動(dòng)，在輸入軸正轉(zhuǎn)一周時(shí)，偏心套也轉(zhuǎn)動(dòng)一周，擺線輪于相反方向轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒以得到減速，再借助W形輸出機(jī)構(gòu)，將擺線輪的低速自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)銷軸，傳遞給輸出軸，從而得到較低輸出轉(zhuǎn)速。擺線針輪減速機(jī)特點(diǎn)：　　高速比和高效率單級(jí)傳動(dòng)，就能達(dá)到一比八十七的減速比，效率在百分之九十以上，如果采用多級(jí)傳動(dòng)，減速比更大?！　〗Y(jié)構(gòu)緊湊體積小，由于采用