一种快速裁剪角钢的小型自动化设备

一种快速裁剪角钢的小型自动化设备
郭鹏程
【摘要】介绍一种快速裁剪角钢的小型自动化设备,该设备能自动对叠加角钢采取底层逐根分料,由送料器对分离的角钢夹紧、快速反复送进,完成料头的裁剪、定尺
寸裁剪及下脚料的分离.主机采用四柱下拉式,体积小、重心低、稳定性好,对场地适应能力强,易于拆装和搬运.
【期刊名称】《机械工程师》
【年(卷),期】2016(000)001
【总页数】3页(P114-116)
【关键词】冲床;四柱压力机;角钢;裁剪
【作者】郭鹏程
【作者单位】陕西理工学院,陕西汉中 723003
【正文语种】中文
【中图分类】TH122
角钢下料设备有冲床、带锯床、砂轮锯。

冲床体积大、成本高，对场地适应性较差，不便搬运；带锯床体积小、易于搬运，但工作时容易“崩齿”，效率低；砂轮锯适应环境能力强，但砂轮片消耗较快。

文中设计了一种针对角钢快速下料的小型自动化裁剪设备，能自动对叠加的角钢逐层分料、送料、裁剪，并能对角钢料头裁剪、定尺寸裁剪以及下脚料分离，可完全模拟人工自动连续工作。

该设备结构简单、体积小，重心低，易于搬运，对环境适
应能力强。

快速裁剪角钢的小型自动化设备由主机、料库机构和系统控制3部分组成，如图1为主机和料库机构。

1.1 主机
主机用于对角钢冲裁，由底座、主油缸、拉杆、拉板、顶板、刀具、压料和底架组成。

裁剪刀具分别安装在底座和顶板，主油缸驱动拉板，由安装在拉板上的4根
拉杆（四柱下拉式）带动顶板上下移动，利用型材刀完成角铁的裁剪，如图2所示。

底座为主机的主要部件，决定着主机工作性能，它具有以下特点：
1）底座作为主机的关键部件，其结构对主机工作性能有极大的影响。

底座凸台为四柱拉杆的支撑和导向部分，该凸台缩小了四柱拉杆的悬臂长度，提高了刀具工作时
的稳定性，如图3所示。

2）主油缸设计在底座下面，如图2所示，这样大大降低了主机的重心高度，稳定性好，对场地适应能力比较强。

3）由于工作时裁剪力通过刀具对底座的作用力与油缸对底座的作用力为一对平衡力，因此底座工作表面的刚性较好。

1.2 料库机构
料库机构主要由分料机构、抓料机构和送料机构组成，用于存储叠加的角钢，对角钢料头裁剪、定尺寸裁剪以及下脚料分离。

1.2.1 分料机构
分料机构由料库架、挡料滑块、顶料滑块组成，顶料滑块和挡料滑块分别左右对称、成对使用，顶料滑块顶尖高出挡料滑块顶尖5mm。

挡料滑块用于整个叠加料的支撑，顶料滑块用于对上一层角钢的分离，如图4所示。

1.2.2 送料机构
送料机构包括夹持机构和送料机构两部分，如图5所示。

夹持机构为一对平行夹
机械手，对角钢进行夹紧。

送料机构在送料缸的作用下将角钢按定尺快速送入主机进行裁剪，并对新料料头进行裁剪以及下脚料进行自动分离。

1.2.3 控制系统
控制系统主要由单片机、液压控制系统组成。

单片机实现对主机和料库机构进行协调控制，液压系统为各动作提供动力。

1）单片机。

单片机采用STC12C5A60S2双串口单片机，具有15路输入光电隔离引入信号、15路输出光电隔离输出控制继电器，其接口分布如图6所示。

2）液压系统。

液压系统由液压站、主油缸、控制阀组成。

液压站采用高低压油泵，高压采用流量3mL/rad、压力31.5MPa，用于主油缸工作，低压采用流量
25mL/rad，压力7MPa，用于对分料、抓取、送料等的快速驱动，工作效率20
次/min，液压系统如图7所示。

待裁剪的角钢倒V叠加放入料架，由分料机构挡料滑块支撑。

工作时当送料器退
回时，由送料器上的传感器发出无料信号，顶料滑块顶入底层与上层角钢之间，并将以上角钢支撑，挡料滑块退回，在托料块作用下底层角钢因自重下落至送料机构平行夹机械手，机械手将落入的角钢夹紧，在送料器作用下按定尺寸送入主机裁剪，挡料块伸出，顶料块退回，以上叠放的角钢再次落入挡料块上，从而完成角钢的分离。

首先送料器按定尺寸长+3～5mm送进，裁剪料头，送料机构后退，逐步按定尺
寸送进主机裁剪，如此反复。

送料器在后退的过程中，传感器同时对剩余的角钢长度进行判断，若剩余料长小于定尺寸，传感器发出信号，主机压料松开，机械手夹紧，将剩余料取出，后退至极
限处，机械手松开，下脚料下落。

1）整机外形尺寸。

将料库机构设计二段，整机由3部分组装而成，即主机、料库1和料库2，各部分支架用螺栓连接，便于拆装和运输，整机外形尺寸为5.3m× 0.5m×0.8m，如图2所示。

2）拉杆。

为了减小主机的体积、降低重心，主油缸设计在底座下面，采用下拉式四柱压力机。

四柱拉杆不仅作为主机的结构件，而且还作为动力驱动件，对其强度和刚性有较高要求。

四柱拉杆采用45钢调质处理，安全系数取1.5，综合考虑拉杆直径为40mm。

3）底座。

为了提高主机刚性，底座导向孔与底座工作面采用一体式高凸台结构，尽可能缩短伸出底座导向孔四柱拉杆的长度，其伸出部分为
30mm。

为了避免底座工作面因裁剪力而遭到破坏，主油缸与下刀对称，底座上下两个表面所受到的外力大小相等、方向相反，大大地提高了底座的刚性。

4）主油缸。

最大裁剪角钢40mm×40mm×4mm，裁剪吨位25N，工作效率20次/mim。

经计算，设计压力20MPa，主油缸直径为φ100mm，图8所示。

该设备由3段组装而成，每段均具有独立的功能。

主机设计结合将四柱压力机和四柱模架的特点，设计成四柱下拉式，重心低，稳定性好。

料库机构具有逐根分料功能，在工作中可随机添加角钢。

智能型的控制，可对新裁料进行料头裁剪及下脚料自动分离。

结构简单，体积小，重量轻，拆卸和安装极为简单，便于运输，对地面环境无特殊要求，该设备已在实际当中得到应用。

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