潘 強，楊笑東

（沈陽三銘重工機械有限公司，遼寧 沈陽 110027）

棒料剪斷機改進設(shè)計

潘 強，楊笑東

（沈陽三銘重工機械有限公司，遼寧 沈陽 110027）

針對Q42-250B棒料剪斷機實際使用中的不足，對產(chǎn)品的機械結(jié)構(gòu)、外觀造型和電氣控制系統(tǒng)進行改進設(shè)計。通過改進提高了該機型的整機性能、生產(chǎn)效率，增強了產(chǎn)品的市場競爭力。本文方法對其他設(shè)備的改進設(shè)計具有一定的參考價值。

棒料剪斷機；改進設(shè)計；機械結(jié)構(gòu)；外觀造型

Q42系列棒料剪斷機是軸承、鍛造等行業(yè)高效冷剪棒材的理想剪切設(shè)備，該系列剪斷機主傳動為二級機械傳動，利用曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)剪切，其高效可靠的性能得到了用戶認可。但隨著社會的發(fā)展，市場競爭日益激烈，Q42-250B棒料剪斷機現(xiàn)有配置已無法滿足市場要求，故對其進行深度改進。

1 改進方案確定

根據(jù)Q42-250B棒料剪斷機在實際使用中出現(xiàn)的問題，以及用戶反饋的需求建議，對產(chǎn)品進行如下改進：

（1）機械部分改進。原產(chǎn)品的離合器與制動器采用摩擦盤式結(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，且機械結(jié)構(gòu)為內(nèi)外齒導(dǎo)向，加工成本也很高，因此改進為浮動鑲塊式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向桿導(dǎo)向；手動擋料器無法滿足自動化的要求，故重新設(shè)計了機動擋料裝置；對潤滑及氣動系統(tǒng)進行了升級。

（2）電氣部分改進。整機采用歐姆龍PLC控制，后擋料實現(xiàn)任意長度定長控制。

（3）外觀防護改進。為提高設(shè)備的檔次，滿足參展要求，重新設(shè)計了機床的防護，提高產(chǎn)品的辨識度。

2 改進方案的實施

2.1 機械部分改進

2.1.1 離合器制動器的改進

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

（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)計為80614Nm；β為儲備系數(shù)，取1.2；i為離合器軸至曲軸速比，i＝6.375；η為傳動效率，一級齒輪傳動取0.96。

（2）摩擦半徑Rμ的確定

根據(jù)原傳動系統(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，摩擦副如圖1所示。

圖1 浮動鑲塊式離合器計算圖

式中：μ為鑲塊摩擦系數(shù)，取0.33；q為摩擦副上的壓強，其值應(yīng)小于摩擦材料的許用壓強[q]；z為浮動鑲塊數(shù)目；Fi為單個浮動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）摩擦副厚度尺寸計算

從動摩擦盤厚度hp應(yīng)考慮鑲塊側(cè)壁的擠壓強度[σj]。

對于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)驗公式選取

取30mm。

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

圖2 離合器制動器結(jié)構(gòu)圖

2.1.2 機動擋料的設(shè)計

為了實現(xiàn)棒料長度的自動控制，并實現(xiàn)剪切過程中擋料自動退讓，利用現(xiàn)有技術(shù)，設(shè)計了一種新型機動擋料，如圖3所示。

該機動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上進出完成剪料退讓動作；變頻電機4通過同步帶8驅(qū)動滾珠絲杠5，帶動氣缸3在滑動導(dǎo)軌上前后移動；磁頭12固定在氣缸3下部，與壓板6上粘貼的磁尺11實現(xiàn)擋料任意位置的準(zhǔn)停。擋料裝置設(shè)有自動剪切控制機構(gòu)，當(dāng)被剪棒料頂住擋料頭時，內(nèi)部的頂桿使接近開關(guān)發(fā)訊令機床開始剪切，同時擋料頭由氣缸帶動退讓，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，通過單軸可編程定位器控制，定位精度達到0.01毫米，滿足棒料精準(zhǔn)下料的要求。

圖3 機動擋料示意圖

2.1.3 潤滑與氣動系統(tǒng)改進

（1）潤滑系統(tǒng)。原機床為手動油脂泵潤滑，現(xiàn)根據(jù)各潤滑點需油量，采用電動潤滑脂油泵集中潤滑。并通過油泵控制器實現(xiàn)潤滑泵的工作周期控制、低油位低及管路堵塞報警等功能，滿足設(shè)備自動化的要求。

（2）氣動系統(tǒng)。主要對老舊的氣動元件進行了重新選型，包括氣源三聯(lián)件、截止式換向閥、氣動接頭等元件，使整個氣動管路系統(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。

2.2 電氣部分改進

整機采用歐姆龍CP1E-N60S1-A可編程控制器，參照原機床電器原理圖，設(shè)計了新的PLC控制原理圖，并編制PLC梯形圖，實現(xiàn)機床的邏輯控制。重新設(shè)計了電控箱及控制面板，滿足潤滑指示、機動擋料控制等新增功能。

2.3 外觀造型設(shè)計

近年來，工業(yè)產(chǎn)品市場展開了以外觀設(shè)計為主題的競爭，由于企業(yè)對此重視不夠，導(dǎo)致產(chǎn)品雖然在性能、壽命等方面達到國內(nèi)先進水平，但在市場上仍缺乏競爭力，無法展示企業(yè)實力，不利于品牌形象建設(shè)?；诖?，對棒料剪斷機進行了整體外觀造型設(shè)計，圖4為外觀效果圖。

圖4 Q42-250B棒料剪斷機效果圖

2.3.1 外觀造型分析

機械設(shè)備的造型設(shè)計由三要素組成，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，必須滿足產(chǎn)品在防護性與宜人性等方面的要求；工藝基礎(chǔ)是實現(xiàn)造型方案的保證，在考慮防護結(jié)構(gòu)時，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)計的外在表現(xiàn)，應(yīng)預(yù)測社會對審美的需求，設(shè)計出符合時代的產(chǎn)品。

本設(shè)計方案采用方直的設(shè)計風(fēng)格，以直線加小圓角過渡為主，整體造型較為方正，給人以剛勁、堅固、明快之感。飛輪罩正面為網(wǎng)面鏤空設(shè)計使上部結(jié)構(gòu)不致臃腫，并與企業(yè)的標(biāo)識巧妙融合，形成強烈的視覺沖擊。兩側(cè)邊框門采用鈑金焊接整體設(shè)計，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?？紤]到邊框門的功能要求，將其分為潤滑門、換刀門、氣路門，便于用戶維護使用。后部齒輪罩設(shè)計為全封閉結(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)計中的關(guān)鍵因素，其選擇的合理性直接影響人們對產(chǎn)品的第一印象。

在Q42-250B棒料剪斷機的外觀色彩方案中，床身主體為深灰色，整體具有穩(wěn)重、堅實之感。其余防護部分為白色調(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)識一致的紅色作為裝飾色，并輔以產(chǎn)品型號裝飾板，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

設(shè)備生產(chǎn)裝配完成調(diào)試后，經(jīng)過綜合檢測，各項技術(shù)指標(biāo)均達到預(yù)期改進要求。投產(chǎn)設(shè)備成功參加了2014中國國際鍛造展覽會，并獲得市場的高度評價。本次改進設(shè)計方法對其他設(shè)備的技術(shù)改進具有一定的參考價值。

[1] 何德譽.曲柄壓力機[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996.

[2] 現(xiàn)代實用機床設(shè)計手冊，編委會.現(xiàn)代實用機床設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

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

[4]王炳實.機床電氣控制[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[5]劉茂銀，梅碧舟.壓力機控制系統(tǒng)中PLC的應(yīng)用及設(shè)計[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（1987-），男，助理工程師，從事鍛壓機床設(shè)計研究。E-mail：panqiang0330@163.com