張雨欣 張思博 徐新 董理 楊亞楠

摘?要：在諸多生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，常需要大批量具有某一固定長度的繩線，用于各種使用場合。目前常采用人工割斷的方式，存在割斷長度誤差較高、耗費人工等問題。因此，設計一臺能夠進行柔性繩線定長高速切斷的專用設備是十分必要的。本文采用氣缸作為牽引系統(tǒng)，設計了可用于多根柔性繩線同時定長高速切割的機電傳動系統(tǒng)，主要包括繩線放置導向機構(gòu)、收束捆扎機構(gòu)、牽引機構(gòu)與切割機構(gòu)。其次，基于西門子smart?200?PLC與MCGS觸摸屏構(gòu)建了機器的控制系統(tǒng)。本文設計的定長繩線高速切斷機具有高效、精確、便捷的特點，能夠在生產(chǎn)過程中較大程度上提高生產(chǎn)的效率，節(jié)約人工的成本，避免人工的浪費。

關(guān)鍵詞：定長繩線;切割;高速;機器

傳統(tǒng)的手動切割繩線的方法已經(jīng)很難滿足日益加快的生產(chǎn)需求。人工切割繩線的工作效率較低，目前，很多生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要對繩線進行大批量化高精度定長切斷，在定長切斷傳統(tǒng)工作過程中是人工進行測量，測量后再進行切割，如此操作工序十分煩瑣，并且生產(chǎn)出來的繩線的長度精度較低。基于此種情況，需要設計出一種高效、精確、便捷地用于柔性繩線定長切斷的專用機器。

工程技術(shù)人員已經(jīng)對切割機進行了部分設計研究，王月明[1]研制的聚酯線繩切割機與傳統(tǒng)的制作方式相比不僅可以減輕人工消耗，還能提高生產(chǎn)良品率，大幅度提高產(chǎn)品生產(chǎn)速度，并且原料損失也相對較少;但是該機器只能用于切割聚酯線繩，無法用于切割柔性線繩。陳曉明等[2]設計的皮帶切割機以及鄭曉[3]設計的皮帶切割機分別用于切割塊狀皮革和環(huán)狀皮革，該類切割機極大地減輕了人工的勞動強度和降低了成本，提高了切割的工作效率。李樂[4]探討了管材定長切割的問題進行，確定了切割系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)：切割裝置，定位測量裝置、水循環(huán)系統(tǒng)，通過放置支架，限位孔以及刻度線等實現(xiàn)了管材的定長精確切斷。張清林等[5]開發(fā)了一種可調(diào)節(jié)的多功能水切割工作臺，能夠?qū)崿F(xiàn)工作臺的自由升降、傾斜，提高了水切割機的加工范圍及加工能力。袁俊華[6]研究了鋼絞線穿束機的現(xiàn)狀，介紹了市場對鋼絞線穿束機定長盲割的需求。王成軍[7]則針對雙錨索切割機位置控制存在的問題，提出了優(yōu)化方案。張強和陳再良[8]則針對多線切割設備中導輪定位的角接觸關(guān)節(jié)軸承在徑向力下磨損而導致定位精度下降影響切割的問題，設計了特制的錐形軸套來替代普通的關(guān)節(jié)軸承，降低了磨損的程度，提高了導輪的定位精度。俞國強[9]設計的定量全自動繩線切斷機包括主體支架、導向滑輪、移動切斷機構(gòu)和長度計數(shù)裝置，繩線通過導向滑輪后固定在移動切斷機構(gòu)上，所述的移動切斷裝置包括固定裝置和切刀，且固定裝置置于切刀朝向?qū)蚧喌囊粋?cè)，所述的長度計數(shù)裝置為感應移動切斷裝置在主體支架上滑行的距離和次數(shù)的感應計數(shù)器。通過移動切斷裝置實現(xiàn)里對繩線的定長切割，來實現(xiàn)繩線的定量全自動切斷。

綜上所述，對于柔性繩線的批量化高速定長切割，并在切割過程中實現(xiàn)繩線自動捆綁的自動化切割專機還沒有明確涉及，因此，本文介紹了一款能實現(xiàn)上述功能的專用機器。

1?設計內(nèi)容

本文設計的繩線高速切斷機，主要是用于定長切斷機切割各種柔性繩線，同時要兼顧高效、精確、便捷的要求。由于現(xiàn)有的繩線切斷機都沒有自動捆扎的功能，所以該切割機的機械結(jié)構(gòu)設計思路是將數(shù)根繩線從上至下穿過收束機構(gòu)后用膠帶機進行固定，然后通過牽引機構(gòu)牽引至切刀機構(gòu)進行定長切割。所以該切斷機的機械結(jié)構(gòu)由繩線放置導向裝置、收束捆扎裝置、牽引裝置、切割裝置三部分組成。該切斷機的機械主體結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

該切斷專機的主體組成部分及其作用如下：

（1）繩線放置導向機構(gòu)：該機構(gòu)負責放置繩線，導向繩線至收束捆扎機構(gòu)。本切割機擬同時切割十條繩線，設計了十個繩線卷筒，卷筒通過瓦片式氣脹軸與固定裝置相連接。每個繩線卷筒兩側(cè)有兩個螺栓，用于調(diào)節(jié)瓦片式氣脹軸與固定裝置指節(jié)的阻尼，從而保證繩線在切割過程中是繃直的狀態(tài)。十個繩線卷筒中的八個成圓形排列，需要導向裝置;而位于中間位置的兩個繩線卷筒可直接讓繩線穿過后續(xù)的收束捆扎、牽引等機構(gòu)，所以無須設置導向裝置。設計了L形的導向架將八根繩線匯聚至一處，導向架的彎曲處和末尾分別設有兩個導線滾輪，繩線依次穿過兩個導向滾輪后可匯至一處。

（2）收束捆扎機構(gòu)：收束捆扎機構(gòu)分為固定裝置和膠帶機捆扎裝置兩部分。固定裝置用于捆扎時進行固定，使捆扎得更為牢固;膠帶機用于捆扎加工的繩線，防止繩線在切割的過程中散開，便于生產(chǎn)中的后續(xù)使用。固定機構(gòu)采用氣脹圈裝置，氣脹圈由氣動系統(tǒng)控制。捆扎機構(gòu)采用齒輪驅(qū)動的方式。將膠帶機固定于大齒輪盤上，由步進電機驅(qū)動小齒輪從而帶動齒輪盤旋轉(zhuǎn)，使膠帶機繞繩線旋轉(zhuǎn)，將繩線捆扎起來。固定機構(gòu)上下各設有一個由齒輪驅(qū)動的膠帶機。在收束捆扎機構(gòu)工作時，氣脹圈先充氣將繩線收束固定，由步進電機驅(qū)動小齒輪從而帶動齒輪盤旋轉(zhuǎn)，使膠帶機繞繩線旋轉(zhuǎn)，將繩線捆扎起來;最后氣脹圈排氣松開捆扎好的繩線，由牽引裝置牽引至切割機構(gòu)進行下一步操作。

（3）牽引機構(gòu)：該部分首先固定繩線，然后由運動裝置帶動繩線移動，以此將繩線運送至切割機構(gòu)。繩線牽引機構(gòu)分為運動裝置和收束固定裝置，仍使用氣動系統(tǒng)。牽引機構(gòu)的運動裝置是兩個氣缸，氣缸通過活塞桿與收束固定裝置連接。繩線牽引機構(gòu)工作時，由收束固定裝置固定繩線，氣缸推動收束固定裝置向下牽引繩線，然后收束固定裝置松開，氣缸返回原位，如此往復牽引繩線向下運動。

（4）切割機構(gòu)：該部分負責繩線的切割，通過PLC控制，來切割預定的繩線長度。繩線切割機構(gòu)仍然選用氣動裝置推動。使用氣缸向內(nèi)推動兩個V形的刀片對繩線進行切割。在切刀機構(gòu)的正下方，設有收束固定裝置，在切刀切割時固定繩線，使切割過程更加穩(wěn)定，切割的橫截面更加平整。

本切割機決定采用從上至下的方式來定量切割繩線，繩線依次通過捆扎機構(gòu)，牽引機構(gòu)，切割機構(gòu)。切割機的整體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。