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环保型塑料型材无屑切割机

摘要

查阅国内外塑料型材机械生产线的大量资料，确定将环保型塑料型材无屑切割机做为本课题的主要设计内容。环保型塑料型材无屑切割机用于塑料型材的在线定长切割，在切割过程中切割工作台会沿着塑料型材的挤出方向同步移动，切断后由气缸复位。由五个部分构成，一是切割部分，二是往复运动转换机构部分，三是传动部分，四压紧部分，五驱动机构部分。对以上几个部分进行详细分析、论述其切割原理机构、机械机构、力学分析，强度校核以及在塑料机械行业里的应用，将材料里的塑料型材无屑切割机与传统的锯片式切割机做了比较，以便更好的理解塑料型材无屑切割机的发展趋势。

关键词:  塑料型材；切割机；无屑；环保；

 

目录

 

第一章  绪论 2

1.1  引言 2

1.2 塑料型材生产线的组成 2

1.3 塑料型材生产过程 3

1.4 环保型塑料型材无屑切割机的特点 3

1.5 设计方案的选择与比较 3

1.6 设计方案综述 5

第二章  传动轴直径确定 6

2.1  传动轴材料的选择 6

2.2  计算过程 6

第三章 滑杆滑套设计 8

3.1 滑杆滑套材料选择 8

3.2 滑套润滑槽结构设计 8

3.3  滑套润滑装置 9

3.4 润滑剂的选用 9

第四章 加热棒加热功率的计算 10

第五章 装配图 11

结  论 12

致  谢 13

参考文献 14

 

 

第一章 绪论

1.1引言

随着国民经济的不断发展，多种类型的塑料型材被广泛的运用于建筑，建设、装修，轻工、农业等不同行业的各种场合，在各大城市的公共建设过程中，一些绿化带的隔离护栏、公园里的座椅、地板，甚至房屋都不断采用塑料型材来搭建，在城市建设中塑料型材以轻便，实用，环保、耐腐蚀等优势，在我国得广泛应用。同时，塑料型材的轻便，带来的运输方便，施工方便而倍受广大用户的青睐。

随着塑料型材发展趋势的日益扩大，塑料型材设备的需求也越来越大，对型材设备的要求也越来越高，对工人的需求也越来越大，国民素质的整体提高，工人对操作环境的要求也越来越高，查阅国内外塑料型材机械生产线的大量资料，发现型材的定长切断设备因为技术原因很少有无屑切割机，多数采用锯片式切割机，锯片式切割机由于锯片与塑料型材的高速摩擦，声音刺耳，噪音大，切口不平整，塑料屑末多，特别是切割PVC型材时不但塑料锯屑多，碎的塑料锯屑到处飞扬，整个车间的生产环境可谓是非常恶劣，对环境的破坏也非常大。因此有些塑料型材设备生产厂家为了提高产品档次，为了避免上诉问题，增加卖点，设计出环保型塑料型材无屑切割机。环保型塑料型材无屑切割机相对锯片式切割机有以下优点，比如在切割过程中不产生锯屑，塑料型材切断面平整光滑、美观、无毛刺、其刀片采用高速合金钢制造，坚固耐用，切割时无噪音，生产环境干净整洁，是锯片式切割机的换代产品，可与任何厂家的生产线配套使用。

1.2塑料型材生产线的组成（图1-1所示）

1)挤出机-塑料型材模具-冷却定型台-型材牵引机-切割机-堆放架

2)挤出机：根据客户需要加工的原料来选用和设计，比如PVC一般用锥形异向双螺杆挤出机或平行异向双螺杆挤出机，PE、PP、ABS等采用单螺杆挤出机，不同的塑料又有不同螺杆结构和压缩比。

3)塑料型材模具：塑料型材模具精度高，设计时根据塑料种类选用不同的压缩比和收缩系数。

4)定型台：定型台上安装有定型模具，一般通过水冷同时抽真空来获得定型的尺寸。

5)牵引机：牵引机用来牵引型材，使得型材的线速度保持匀速并大于挤出速度的5%-10%，保证型材顺利通过定型模具，获得一致的截面尺寸。

6)切割机：用来定长切割，获得所需要的型材长度。

7)堆放架：用来堆放切断的型材。

图1-1 （塑料型材生产线）

 

1.3塑料型材生产过程

塑料挤出型材的材料选用热塑性聚合物，比如PE、PVC、ABS、PC等。这类聚合物具有线性分子结构，加热到熔融温度后熔化，冷却后凝固成型，再加热可以再熔融，多次熔融不改变材料的基本结构和性能。

将PE、PVC、ABS、PC等塑料颗粒倒入挤出机料斗中，由挤出机里的螺杆将塑料颗粒输送到机筒里，经机筒加热器加热、螺杆输送、压实、混炼、塑化等一系列物理变化后，塑料成熔融状态并被螺杆均匀得挤入型材模具里，再引入定型台上的成型模具，经水冷却同时真空负压定型处理后，型材被冷却凝固成型，接着被牵引机匀速不断拉出，然后根据所需长度进行切割，最后进入堆放架。

1.4环保型塑料型材无屑切割机的特点

环保型塑料型材无屑切割机是针对塑料型材的特点而专门设计，采用双偏心轮轮结构，保证切割的稳定性，切割刀片采用薄刀片，保证切割时的锋利，滑套采用新型螺旋润滑槽，减速滑动时润滑油的损失，润滑油杯使用针阀式油杯，保证可以长时间润滑，避免平凡加油，减轻维护强度，驱动电机采用电磁制动电机并带编码器，方便控制电机转数。低噪音、无锯屑、高效率、环保是它最大的特点。

1.5设计方案的选择与比较

经过反复研究，查阅相关资料，我们根据塑料型材切割机的工况要求，提出了一下几种设计方案：

首先是驱动机构的方案。

方案一：驱动机构采用步进电机和减速机直联将动力传递给偏心轮，从而实现刀架的上下往复切割运动，用单片机控制电路来设置相关参数。

方案二：驱动机构采用伺服电机和减速机直联将动力传递给偏心轮，从而实现刀架的上下往复切割运动，用开环控制电机转数来实现刀架的上下往复运动。

方案三：驱动机构采用普通电磁制动电机和减速机直联将动力传递给偏心轮，从而实现刀架的上下往复切割运动，将编码器安装在电机尾轴上，通过编码器检测并控制电机转数来实现刀架的上下往复运动（图1-2所示）。

经过可行性调研，我们发现三个方案都是合理、可靠的，但是方案三是最经济，最容易实现的，方案一中步进电机能够精密控制转动角度或转数的功能，因为步进电机是将电脉冲信号转化为角位移，或线位移的开环控制元件，在非超载情况下电机的转数，停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载的变化而影响，即使给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角，这一线性关系的存在，加上步进电机只有同期性的误差而无累计误差等特点，使得转数控制领域用步进电机来控制变得非常的容易和简单，同时精度也非常高。

虽然步进电机已经被广泛地应用，但是步进电机并不能像普通的交流电机或直流电机那样可以在常规下使用，在购买价格方面比普通电机十几倍，甚至几十倍，在控制电路上它涉及到机械、电机、电子及计算机等众多领域的专业知识，对电器设计人员要求高，难度大。方案二也存在类似的问题，而方案三也能很好的实现需要的功能，而普通电机价格便宜，容易得到，质量稳定，对使用场合要求低，对电器设计人员要求低，故最终选用方案三（图1-2所示）。

图1-2 （方案三）

 

其次是往复运动转换机构的方案。

方案一：采用凸轮机构，通过一个凹槽式凸轮的转动使顶杆上下往复运动（图1-3所示）。

方案二：采用偏心轮机构，偏心轮的转动带动连杆摆动，使得顶杆上下往复运动（图1-4所示）。

经过可行性调研，我们发现两个方案都可以实现往复运动的功能，方案二的偏心轮机构相对方案一的凸轮机构在加工上会更加方便，方案二只需要在普通的车床和钻床就可以加工，方案一则需要动用加工中心，加工费用高，表面还要做光洁度处理以及热处理来提高它的耐磨性。方案一在使用时对使用场合要求高，粉尘多的地方容易磨损，并且润滑要好，方案二在使用时对使用场合比较随意，故最后选用方案二最为合适。

图1-3 （方案一）                    图1-4 （方案二）
 
在整个设计过程中，传动轴直径确定、滑杆滑套材料选择、滑套润滑结构、电加热棒的加热功率计算是本课题的重点，运用机械设计和机械原理的相关内容来进行设计，设计的主要内容应包括切割机构，压紧轮机构，动力转换机构，本课件的难点是如何通过冲裁力、冲裁速度反求电机的功率和减速机速比及传递轴的强度计算。
1.6设计方案综述
环保型塑料型材无屑切割机是一种优质高速工具钢刀片以较快的速度切割，用于塑料型材的定长切断，电机通过减速机减速后将动力传递给偏心轮，滑动杆和偏心轮连接将偏心轮的回转运动转化为上下往复运动，实现上下切割动作，切割刀片由电加热棒加热到一定温度，切割时可以保证切口平整且塑料受热后强度变小，切割明显阻力减少，工作台下装有直线导轨和移动滑轮，塑料型材在被切割的过程中，整个工作台会在塑料型材的推动下沿塑料型材的挤出方向移动，并保持与塑料型材挤出速度同步，切断后，由返程气缸拉回起始点等待下次切割执行命令，在切割机前面装有导向板，可以调节宽度，用来导向不同宽度的型材，使型材始终保持在切割机的中心位置，切割机前面还设计有气动压紧装置，在切割时用来压紧塑料型材，起到塑料型材推动工作台的作用，同时可以保证切割平稳，减速震动，切割机后面设计有气动压轮装置，切割时可以平稳，切口更加美观。
设计的意义：塑料型材切割机在自动化流水线上的运用能提高企业的生产效率，减轻工人的劳动强度，减少工人数量，减速锯屑污染，减少噪音，有效提高车间的操作环境和管理环境。设计的目的：培养我们综合应用所学的基础知识和专业技能去分析和解决专业技术问题的能力。通过毕业设计，进一步巩固、深入我们的基础理论知识和专业技能，提高我们设计、计算、分析、制图等能力，培养我们严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风，树立正确生产观、经济观、全局观。

参考文献
[1]塑料机械工艺编排 主编.张芳.长春: 长春理工大学出版社,2006.
[2]机械设计基础 主编.刘小群、吴启仁.北京：人民邮电出版社，2007
[3]工程力学 主编 石怀荣、陈文平.北京：清华大学出版社，2007
[4] 互换性与技术测量 主编谢铁邦.华中科技大学出版社
[5] 材料力学 主编 刘鸿文.高等教育出版社
[6]现代机械设备设计手册 主编赵元祥.（2），北京：机械工业出版社，1996
[7]《现代制造技术手册》［M］ 主编刘敏.国防工业出版社，2001.1
[7]机械设计手册-3版 机械设计编委，北京：机械工业出版社，2004.8