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无屑切管机的设计

蒸发管、冷凝管都是电冰箱中的重要零件，通常它们都用φ10mm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ⅰ-ⅱ-ⅲ-ⅳ-ⅴ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ⅱ、ⅲ、ⅳ、ⅴ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ⅰ(见图2)，在轴ⅰ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ⅰ到轴心线ⅱ、ⅲ、ⅳ、ⅴ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ⅱ、ⅲ、ⅳ、ⅴ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，ⅱ、ⅲ、ⅳ、ⅴ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φ10mm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φ，由三角形o2o1o得： x=l2cosθ+l1cosφ=l2cosθ+ecosφ (1) 由于e<x≈l2+ecosφ 当曲柄自φ=0的位置转至图6所示的位置时，滑块3的位移为： f=l2+l1-x≈l2+e-(l2+ecosφ)≈e(1-cosφ) (2) 由(2)式可见，f是可调的，它随相对转角φ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2s［4］，轴心线ⅱ、ⅲ、ⅳ、ⅴ的从动轮亦分别增加附加转角α，大小为： (3) 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α亦即引起上述切入进给运动所需的相对转角φ，所以α=φ,以(3)式代入(2)式得： (4) 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) (5) 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。

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