潘 強(qiáng)，楊笑東

（沈陽(yáng)三銘重工機(jī)械有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110027）

棒料剪斷機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)

潘 強(qiáng)，楊笑東

（沈陽(yáng)三銘重工機(jī)械有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110027）

針對(duì)Q42-250B棒料剪斷機(jī)實(shí)際使用中的不足，對(duì)產(chǎn)品的機(jī)械結(jié)構(gòu)、外觀造型和電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。通過(guò)改進(jìn)提高了該機(jī)型的整機(jī)性能、生產(chǎn)效率，增強(qiáng)了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本文方法對(duì)其他設(shè)備的改進(jìn)設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

棒料剪斷機(jī)；改進(jìn)設(shè)計(jì)；機(jī)械結(jié)構(gòu)；外觀造型

Q42系列棒料剪斷機(jī)是軸承、鍛造等行業(yè)高效冷剪棒材的理想剪切設(shè)備，該系列剪斷機(jī)主傳動(dòng)為二級(jí)機(jī)械傳動(dòng)，利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)剪切，其高效可靠的性能得到了用戶認(rèn)可。但隨著社會(huì)的發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，Q42-250B棒料剪斷機(jī)現(xiàn)有配置已無(wú)法滿足市場(chǎng)要求，故對(duì)其進(jìn)行深度改進(jìn)。

1 改進(jìn)方案確定

根據(jù)Q42-250B棒料剪斷機(jī)在實(shí)際使用中出現(xiàn)的問(wèn)題，以及用戶反饋的需求建議，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行如下改進(jìn)：

（1）機(jī)械部分改進(jìn)。原產(chǎn)品的離合器與制動(dòng)器采用摩擦盤式結(jié)構(gòu)，摩擦盤為鋼件外鍍粉末冶金材料，磨損后更換成本較高，且機(jī)械結(jié)構(gòu)為內(nèi)外齒導(dǎo)向，加工成本也很高，因此改進(jìn)為浮動(dòng)鑲塊式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向桿導(dǎo)向；手動(dòng)擋料器無(wú)法滿足自動(dòng)化的要求，故重新設(shè)計(jì)了機(jī)動(dòng)擋料裝置；對(duì)潤(rùn)滑及氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)。

（2）電氣部分改進(jìn)。整機(jī)采用歐姆龍PLC控制，后擋料實(shí)現(xiàn)任意長(zhǎng)度定長(zhǎng)控制。

（3）外觀防護(hù)改進(jìn)。為提高設(shè)備的檔次，滿足參展要求，重新設(shè)計(jì)了機(jī)床的防護(hù)，提高產(chǎn)品的辨識(shí)度。

2 改進(jìn)方案的實(shí)施

2.1 機(jī)械部分改進(jìn)

2.1.1 離合器制動(dòng)器的改進(jìn)

在棒料剪斷機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中，氣動(dòng)聯(lián)鎖式離合器-制動(dòng)器結(jié)構(gòu)多為摩擦盤式和浮動(dòng)鑲塊式。兩種結(jié)構(gòu)各有利弊，綜合考慮市場(chǎng)環(huán)境、企業(yè)的生產(chǎn)能力等客觀條件，將原結(jié)構(gòu)改進(jìn)為浮動(dòng)鑲塊式結(jié)構(gòu)。因離合器與制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)相似，故制動(dòng)器側(cè)的設(shè)計(jì)不再贅述。離合器的設(shè)計(jì)過(guò)程如下：

（1）確定離合器傳遞的扭矩Ml：

式中：Mg為曲軸上公稱扭矩，查原始設(shè)計(jì)為80614Nm；β為儲(chǔ)備系數(shù)，取1.2；i為離合器軸至曲軸速比，i＝6.375；η為傳動(dòng)效率，一級(jí)齒輪傳動(dòng)取0.96。

（2）摩擦半徑Rμ的確定

根據(jù)原傳動(dòng)系統(tǒng)的布置，初定鑲塊材料為石棉塑料Z64，規(guī)格為95mm×95mm方形，鑲塊數(shù)量取14個(gè)，摩擦副如圖1所示。

圖1 浮動(dòng)鑲塊式離合器計(jì)算圖

式中：μ為鑲塊摩擦系數(shù)，取0.33；q為摩擦副上的壓強(qiáng)，其值應(yīng)小于摩擦材料的許用壓強(qiáng)[q]；z為浮動(dòng)鑲塊數(shù)目；Fi為單個(gè)浮動(dòng)鑲塊的單邊摩擦面積。

結(jié)合原有結(jié)構(gòu)，Rμ取290mm，符合傳遞扭矩的要求。

（3）摩擦副厚度尺寸計(jì)算

從動(dòng)摩擦盤厚度hp應(yīng)考慮鑲塊側(cè)壁的擠壓強(qiáng)度[σj]。

對(duì)于Z64，[σj]可取3×106Pa；hp取整為16mm。

鑲塊厚度h考慮磨損留量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式選取

取30mm。

離合器氣缸與活塞等部件沿用原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，減少了設(shè)計(jì)上的工作量，詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 離合器制動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖

2.1.2 機(jī)動(dòng)擋料的設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)棒料長(zhǎng)度的自動(dòng)控制，并實(shí)現(xiàn)剪切過(guò)程中擋料自動(dòng)退讓，利用現(xiàn)有技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種新型機(jī)動(dòng)擋料，如圖3所示。

該機(jī)動(dòng)擋料位于床身出料口一側(cè)，支架9為焊接式箱體結(jié)構(gòu)與床身相接，擋料頭1隨活塞2在氣缸3上進(jìn)出完成剪料退讓動(dòng)作；變頻電機(jī)4通過(guò)同步帶8驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠5，帶動(dòng)氣缸3在滑動(dòng)導(dǎo)軌上前后移動(dòng)；磁頭12固定在氣缸3下部，與壓板6上粘貼的磁尺11實(shí)現(xiàn)擋料任意位置的準(zhǔn)停。擋料裝置設(shè)有自動(dòng)剪切控制機(jī)構(gòu)，當(dāng)被剪棒料頂住擋料頭時(shí)，內(nèi)部的頂桿使接近開關(guān)發(fā)訊令機(jī)床開始剪切，同時(shí)擋料頭由氣缸帶動(dòng)退讓，當(dāng)剪切完畢后擋料頭復(fù)位。定尺的精確位置由磁尺、磁頭檢測(cè)，通過(guò)單軸可編程定位器控制，定位精度達(dá)到0.01毫米，滿足棒料精準(zhǔn)下料的要求。

圖3 機(jī)動(dòng)擋料示意圖

2.1.3 潤(rùn)滑與氣動(dòng)系統(tǒng)改進(jìn)

（1）潤(rùn)滑系統(tǒng)。原機(jī)床為手動(dòng)油脂泵潤(rùn)滑，現(xiàn)根據(jù)各潤(rùn)滑點(diǎn)需油量，采用電動(dòng)潤(rùn)滑脂油泵集中潤(rùn)滑。并通過(guò)油泵控制器實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑泵的工作周期控制、低油位低及管路堵塞報(bào)警等功能，滿足設(shè)備自動(dòng)化的要求。

（2）氣動(dòng)系統(tǒng)。主要對(duì)老舊的氣動(dòng)元件進(jìn)行了重新選型，包括氣源三聯(lián)件、截止式換向閥、氣動(dòng)接頭等元件，使整個(gè)氣動(dòng)管路系統(tǒng)更加緊湊地集中于床身側(cè)面的氣路門中，方便設(shè)備的維護(hù)。

2.2 電氣部分改進(jìn)

整機(jī)采用歐姆龍CP1E-N60S1-A可編程控制器，參照原機(jī)床電器原理圖，設(shè)計(jì)了新的PLC控制原理圖，并編制PLC梯形圖，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的邏輯控制。重新設(shè)計(jì)了電控箱及控制面板，滿足潤(rùn)滑指示、機(jī)動(dòng)擋料控制等新增功能。

2.3 外觀造型設(shè)計(jì)

近年來(lái)，工業(yè)產(chǎn)品市場(chǎng)展開了以外觀設(shè)計(jì)為主題的競(jìng)爭(zhēng)，由于企業(yè)對(duì)此重視不夠，導(dǎo)致產(chǎn)品雖然在性能、壽命等方面達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，但在市場(chǎng)上仍缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，無(wú)法展示企業(yè)實(shí)力，不利于品牌形象建設(shè)。基于此，對(duì)棒料剪斷機(jī)進(jìn)行了整體外觀造型設(shè)計(jì)，圖4為外觀效果圖。

圖4 Q42-250B棒料剪斷機(jī)效果圖

2.3.1 外觀造型分析

機(jī)械設(shè)備的造型設(shè)計(jì)由三要素組成，即功能基礎(chǔ)、工藝基礎(chǔ)、美學(xué)基礎(chǔ)。功能基礎(chǔ)是外觀造型的出發(fā)點(diǎn)，必須滿足產(chǎn)品在防護(hù)性與宜人性等方面的要求；工藝基礎(chǔ)是實(shí)現(xiàn)造型方案的保證，在考慮防護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)注意結(jié)構(gòu)的可加工性和可操作性；美學(xué)基礎(chǔ)是造型設(shè)計(jì)的外在表現(xiàn)，應(yīng)預(yù)測(cè)社會(huì)對(duì)審美的需求，設(shè)計(jì)出符合時(shí)代的產(chǎn)品。

本設(shè)計(jì)方案采用方直的設(shè)計(jì)風(fēng)格，以直線加小圓角過(guò)渡為主，整體造型較為方正，給人以剛勁、堅(jiān)固、明快之感。飛輪罩正面為網(wǎng)面鏤空設(shè)計(jì)使上部結(jié)構(gòu)不致臃腫，并與企業(yè)的標(biāo)識(shí)巧妙融合，形成強(qiáng)烈的視覺沖擊。兩側(cè)邊框門采用鈑金焊接整體設(shè)計(jì)，造型采用豎直棱、直角，體現(xiàn)出設(shè)備高大挺拔向上的力量感。考慮到邊框門的功能要求，將其分為潤(rùn)滑門、換刀門、氣路門，便于用戶維護(hù)使用。后部齒輪罩設(shè)計(jì)為全封閉結(jié)構(gòu)，與離合器罩整體協(xié)調(diào)，邊角處采用直角拼接結(jié)構(gòu)，便于生產(chǎn)制造，并與整機(jī)風(fēng)格協(xié)調(diào)一致，如圖5所示。

2.3.2 色彩方案

色彩方案是工業(yè)產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素，其選擇的合理性直接影響人們對(duì)產(chǎn)品的第一印象。

在Q42-250B棒料剪斷機(jī)的外觀色彩方案中，床身主體為深灰色，整體具有穩(wěn)重、堅(jiān)實(shí)之感。其余防護(hù)部分為白色調(diào)，色彩搭配高雅精致。但大面積的單一色彩容易使人感到單調(diào)枯燥，故使用與企業(yè)標(biāo)識(shí)一致的紅色作為裝飾色，并輔以產(chǎn)品型號(hào)裝飾板，使其不再單調(diào)沉默，構(gòu)成了設(shè)備鮮明的色彩特征。

圖5 后部齒輪罩造型結(jié)構(gòu)

3 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)備生產(chǎn)裝配完成調(diào)試后，經(jīng)過(guò)綜合檢測(cè)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期改進(jìn)要求。投產(chǎn)設(shè)備成功參加了2014中國(guó)國(guó)際鍛造展覽會(huì)，并獲得市場(chǎng)的高度評(píng)價(jià)。本次改進(jìn)設(shè)計(jì)方法對(duì)其他設(shè)備的技術(shù)改進(jìn)具有一定的參考價(jià)值。

[1] 何德譽(yù).曲柄壓力機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

[2] 現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，編委會(huì).現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[3]陳震邦.工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[4]王炳實(shí).機(jī)床電氣控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[5]劉茂銀，梅碧舟.壓力機(jī)控制系統(tǒng)中PLC的應(yīng)用及設(shè)計(jì)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2007，42（3）：45-47.

Improved design of billet shearing machine

PAN Qiang，YANG Xiaodong
（Sanming Heavy Industry Machinery Co.，Ltd.,Shenyang 110027,Liaoning China）

Aiming at the deficiency of the practical use of Q42-250Bbillet shearing machine,the design of mechanical structure,outline style and electric control system have been improved.Thus in this way,the overall performance,the productivity of the model and the market competitiveness of products have been increased.It provides certain reference for the improvement in design of other equipment.

Billet shearing machine；Product improvement；Outline style

TG315.5+5；TH122

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.02.017

1672-0121（2016）02-0064-03

2016-01-07；

2016-02-26

潘 強(qiáng)（1987-），男，助理工程師，從事鍛壓機(jī)床設(shè)計(jì)研究。E-mail：panqiang0330@163.com