数控海绵异形切割机高速振刀系统的结构设计

数控海绵异形切割机高速振刀系统的结构设计摘要:我们开发的数控海绵异形切割机是消化吸收国外同类产品的基础上设计、制造的自主知识产权的大型海绵切割设备。该设备通过工业计算机控制交流伺服电机(四坐标)来实现复杂图形的切割。图形可以从数字化仪、CAD等数字仪器上获得,在触摸屏上具有既得既用快速获得异形图形的功效。该设备适合海绵加工、家具制作等工厂使用,解决了用“样板模型”手工划线切割或一般通用机械靠模切割海绵图形的低效、繁重劳动。振刀系统是异形海绵切割机的关键系统部件,它的功能是通过变频电机传动飞轮、曲柄摇杆机构、刀头等零部件来带动切割刀具高速往复运动且同时根据图形在伺服电机的作用下任意转动刀具角度达到切割图形的目的。

关键词:振刀系统异形切割机结构设计

1 工作原理

振刀过程是由变频器控制变频电机来调节转速,可无级调速,转速可在20～2800rpm任意选择。工作时变频电机带动飞轮旋转,偏心安装在飞轮上的销轴与连杆一端连接,连杆的另一端推动摇臂往复摆动摇拽钢丝绳带动刀具高速切割海绵。通过反复实验,振幅一般设计在42～46mm之间较好。

2 机构运动原理分析

该装置为典型的四杆曲柄机构,在曲柄摇杆机构中,当曲柄与连杆两次共线时,摇杆位于两个极限位置,定义为极位,此两处曲柄之间的夹角θ称为极位夹角(如图1所示)。

综上分析可知θ角或K值决定急回速度。在切割机中急回速度过大会引起牵引钢丝的振动,从而影响刀具的运行速度的平稳性和刀具的使用寿命。所以在四杆机构设计中尽量使θ趋近于零(K值趋近于1)为好。

3 振刀系统的结构设计

结构设计本着优化机构、简洁实用、利于方便维护的原则。整个

系统由变频电机、电机座框、飞轮、飞轮轴、轴承、连杆、摇臂、摇臂转轴、振刀座板等组成。

摇臂、连杆均由轻质铝合金6061材料制造,具有重量轻,强度好、动能损失小的特点。电机座框采用焊接结构,,焊接结构有利降低制造成本,焊后热处理再行机械加工。

4 结语

该装置的设计主要特点是结构简单,制造成本低,实际效果好。改变了以前振刀装置的噪音大、刀具寿命短的缺陷。为整机进入市场奠定了良好的基础,同时打破了国外机器高价垄断的局面,取得了较好的经济效益。

参考文献

[1]成大先,王德夫,姬奎生,等.机械设计手册(第五版).北京:化学工业出版社,2008.

[2]张策,陈树昌,孟彩芳,等.机械原理与机械设计(上)(下),北京:机械工业出版社,2004.

[3]虞莲莲,曾正明.实用钢铁材料手册[M].北京:机械工业出版社,2002.