（常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇常州213164）

0 前言

目前生產(chǎn)中應(yīng)用的直線和仿形火焰切割設(shè)備的切割功能都比較單一，管板切割坡口需在不同設(shè)備完成，耗時(shí)耗力，多功能火焰切割設(shè)備的使用能夠節(jié)省加工成本，提高生產(chǎn)效率，方便教學(xué)工作及工業(yè)生產(chǎn)[1-2]。在多功能火焰切割設(shè)備研制過程中，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和多功能轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)是設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的核心系統(tǒng)[3-4]，主要包括電動(dòng)機(jī)、主傳動(dòng)齒輪、主傳動(dòng)軸、副傳動(dòng)軸、雙齒輪以及傳動(dòng)齒輪組的設(shè)計(jì)與制作。本研究綜合考慮管子和板材切割過程中的特點(diǎn)，在對(duì)現(xiàn)有的直線和仿形火焰切割設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)多功能火焰切割設(shè)備進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，采用蝸輪蝸桿、減速齒輪組以及離合器來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出，同時(shí)利用主傳動(dòng)軸上的雙齒輪實(shí)現(xiàn)管板切割的轉(zhuǎn)換功能。通過撥動(dòng)雙齒輪在主傳動(dòng)軸上移動(dòng)，與副傳動(dòng)軸上的從動(dòng)齒輪分別嚙合，實(shí)現(xiàn)多功能的轉(zhuǎn)換，完成了多功能火焰切割設(shè)備機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制作，實(shí)現(xiàn)了鋼板切割到管件切割的自由轉(zhuǎn)換，完成了不同工件坡口在同一設(shè)備上的加工制作。設(shè)備整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1 動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制作

圖1 設(shè)備整體結(jié)構(gòu)Fig.1 Design of overall structure of equipment

動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)、主副傳動(dòng)軸、齒輪和軸承座等。設(shè)備的動(dòng)力系統(tǒng)采用ZYT261G/H16直流電機(jī)，電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)通過一組渦輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)完成初級(jí)減速和傳動(dòng)方向的改變。電機(jī)的轉(zhuǎn)速通過阻容異相控制可控硅速流器開放角的大小來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無極調(diào)速，工作時(shí)只需旋轉(zhuǎn)調(diào)速電位器旋鈕，即可使減速機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速在0.025～3.38 r/min范圍內(nèi)無級(jí)變速。同時(shí)選用一套3:1速比的減速齒輪組來對(duì)減速機(jī)輸出軸進(jìn)行二級(jí)減速，減速機(jī)輸出軸安裝15齒小齒輪，主傳動(dòng)軸選用45齒的大齒輪，依靠這一組齒輪副的嚙合，將減速機(jī)輸出軸的動(dòng)力傳遞給主傳動(dòng)軸。

主傳動(dòng)軸主要是將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出，2根副傳動(dòng)軸分別連接三爪卡盤和一個(gè)動(dòng)力輸出齒輪，通過與主軸上的雙齒輪分別嚙合實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸與多功能轉(zhuǎn)換，齒輪主要包括主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪、雙齒輪的設(shè)計(jì)與制作。制作時(shí)先對(duì)齒輪進(jìn)行鏜孔，齒輪的孔徑加工到合適大小，再根據(jù)傳動(dòng)軸的軸徑加工出軸套，將軸套與齒輪焊接，同時(shí)在軸套上打孔攻絲，安裝時(shí)利用螺絲將齒輪固定在軸上。雙齒輪在制作時(shí)不需要打孔攻絲，配合平鍵槽來控制雙齒輪在傳動(dòng)軸上的移動(dòng)。動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)的工作原理如圖2所示。

2 多功能轉(zhuǎn)換裝置的設(shè)計(jì)與制作

圖2 動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)的工作原理Fig.2 Principle of power output system

多功能轉(zhuǎn)換裝置設(shè)計(jì)和實(shí)物分別如圖3、圖4所示。多功能轉(zhuǎn)換裝置是設(shè)備的核心部分，為了實(shí)現(xiàn)多功能的轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)過程中采用雙齒輪在主傳動(dòng)軸上的移動(dòng)來控制動(dòng)力的傳遞和切斷。主傳動(dòng)軸的左側(cè)為帶有平鍵槽的雙齒輪，當(dāng)雙齒輪處于中間位置時(shí)，與2個(gè)副傳動(dòng)軸上的從動(dòng)齒輪均不嚙合，處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)；當(dāng)雙齒輪向左側(cè)移動(dòng)到適當(dāng)位置時(shí)，與副傳動(dòng)軸b上的從動(dòng)齒輪嚙合，副傳動(dòng)軸b開始轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)軸端卡盤旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)管件的圓周切割功能；當(dāng)雙齒輪向右移動(dòng)到適當(dāng)位置時(shí)，與副傳動(dòng)軸a的從動(dòng)齒輪嚙合，副傳動(dòng)軸a開始轉(zhuǎn)動(dòng)，通過軸端齒輪將動(dòng)力輸出給鋼板夾具上的齒條，實(shí)現(xiàn)鋼板的直線切割功能。

圖3 多功能轉(zhuǎn)換裝置設(shè)計(jì)Fig.3 Design of multi-function conversion device

圖4 多功能轉(zhuǎn)換裝置實(shí)物Fig.4 Device of multi-function conversion

3 夾具的設(shè)計(jì)與制作

夾具是夾持和固定工件的重要部件。管件夾具的設(shè)計(jì)要求夾具能夾持一定范圍內(nèi)管徑不同的管件，并且夾持的穩(wěn)定性高，不能影響管件坡口切割過程中的質(zhì)量和效率。鋼板夾具的設(shè)計(jì)要求能夾持規(guī)定尺寸的鋼板，夾持的穩(wěn)定度高，保證鋼板在直線切割時(shí)的切割質(zhì)量和切割效率。

3.1 卡盤的設(shè)計(jì)與制作

管件夾具的設(shè)計(jì)主要采用三爪卡盤，對(duì)卡盤的要求是能穩(wěn)定地夾持住管件且卡盤自身的質(zhì)量不能太大，否則會(huì)影響傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)從而影響切割質(zhì)量。為了使三爪卡盤穩(wěn)定地安裝在設(shè)備上，設(shè)計(jì)了特殊的卡盤底座，確保管件在切割過程中的穩(wěn)定性。三爪卡盤的設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 卡盤的設(shè)計(jì)Fig.4 Design of chuck

3.2 鋼板夾具的設(shè)計(jì)與制作

為了使鋼板在切割過程中保持平穩(wěn)不松動(dòng)，專門設(shè)計(jì)了以角鐵支座為夾具主體，再加上齒條和軸承支撐的特殊夾具。該夾具可以保證鋼板在切割時(shí)的穩(wěn)定性，并且實(shí)現(xiàn)多功能轉(zhuǎn)換后割槍不動(dòng)板動(dòng)的功能。設(shè)計(jì)難點(diǎn)主要是齒條的固定及保證直線切割質(zhì)量。制作過程中采用線切割加工出角鐵支座與支撐座并與軸承固定。根據(jù)軸承的尺寸，利用車床加工固定軸，之后對(duì)加工好的部件進(jìn)行打孔、攻絲、組裝。最后將制作好的所有部件通過螺栓連接固定在箱體上，鋼板夾具設(shè)計(jì)如圖6所示。

4 結(jié)論

針對(duì)多功能火焰切割設(shè)備的特點(diǎn)，綜合考慮管子和板材切割過程中的特點(diǎn)，在對(duì)現(xiàn)有直線和仿形火焰切割設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和制作多功能火焰切割設(shè)備。

（1）板材和管子的切割過程機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有著根本不同，板材需要直線切割，可以通過割槍和板材之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來完成，而管子是靠自身轉(zhuǎn)動(dòng)來完成整個(gè)切割過程。

圖6 鋼板夾具設(shè)計(jì)Fig.6 Design of jig for steel plate

（2）通過蝸輪蝸桿、減速齒輪組以及離合器來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出，同時(shí)利用雙齒輪在主傳動(dòng)軸上移動(dòng)，與副傳動(dòng)軸上的從動(dòng)齒輪分別嚙合，完成多功能的轉(zhuǎn)換，并實(shí)現(xiàn)了鋼板切割到管件切割的自由轉(zhuǎn)換，完成了不同工件坡口在同一設(shè)備上的加工制作。