FQ200型数控无纺布分切机总体设计.pdf

:./.型数控无纺布分切机总体设计陈 峰陈吉兴李晓泉(南京工程学院江苏 南京)摘 要:无纺布在工业及民用领域中用于铺地材料时需要将宽幅卷材分切成多种规格的方块片材 针对目前机器模切法模切铺地材料时定尺寸刀模一规格一刀模的弊端以及刀模过于昂贵的问题设计一种数控分切机 该分切机采用成本较低、易于维护的电剪刀代替刀模并结合数控系统动态调整分切材料尺寸从而实现高效经济的无纺布分切 此外还设计了收集装置以代替人工进行整齐码放 该设备总体结构包括卷材退卷机构、送料分切机构、片材收集机构 利用 对分切机总体结构进行三维建模并对传动结构进行设计计算最后利用 进行运动仿真结果表明:分切机实现了退卷、分切、收集等功能 所设计分切机对于提高工作效率减少人工成本具有重要的意义关键词:分切机数控系统中图分类号:文献标识码:文章编号:()():.:引 言无纺布被广泛应用于医疗、服装、农业、工业及民用等领域 无纺布在工业及民用领域中用于铺地材料时需根据客户需求将宽幅卷材分切成多种规格的方块片材 现常用的方法有人工剪裁法和机器模切法 人工剪裁法劳动强度大效率低机器模切法效率高但刀模规格多易损坏成本高 分切过后也一般采用人工收集的方法自动化程度较低 针对上述问题笔者设计了一种数控分切机重点对纠偏、分切、收集进行设计优化及运动仿真仿真验证了该装置具有成本低、精度高、效率高、自动化程度高等特点 分切机总体结构及功能实现根据市场调研拟设计一台数控无纺布分切机无纺布幅宽:无纺布克重:/送料速度:/可调纵切速度:/可调横切速度:./型数控无纺布分切机可代替人工将宽幅无纺布卷材分切成多种规格的长方块片材 型数控无纺布分切机由卷材退卷机构、送料分切机构、片材收集机构三部分组成如图 所示 其中卷材退卷机构实现卷材的退卷具有纠偏功能分切部分可按设定尺寸实现纵切及横切收集部分可实现分切片材的整齐码放 退卷纠偏、定长送料、分切及收集码放由 控制.卷材退卷机构卷材退卷机构由底部机座、放卷架及纠偏装置组成 退卷机构用于夹持代加工的布卷在设备运行时布卷作退卷运动 再通过链传动将动力传送至机械研究与应用 年第 期(第 卷总第 期)设计与开发收稿日期:作者简介:陈 峰()男江苏南通人研究生研究方向:机械制造连接技术退卷辊如图 所示 两退卷辊旋转速度及方向相同用链传动将动力从退卷辊传送至另一个退卷辊卷材至于两放卷辊中间实现放卷传动原理如图 所示图 分切机总体结构图 卷材退卷 图 传动原理 卷材在退卷后传送至电剪刀下的过程中布幅会发生偏移不能保证被分切卷材尺寸的准确性 为了使卷材在整个分切过程中处于指定的位置一般通过一套纠偏系统实现 李会荣等用丝杆螺母带动燕尾结构进行纠偏 纠偏系统通过传感器检测卷材的位置通过电驱动器实现纠偏 纠偏装置连接底部机座与放卷架以实现纠偏功能:设置对边红外光电开关检测无纺布边缘位置通过数控系统控制纠偏电机正反转经滚珠丝杠使放卷架左右偏摆实现自动纠偏如图 所示图 纠偏装置.送料分切机构分切机构是分切机中最重要的工作机构它包括机架、底座、墙板一、墙板二、刀具、刀具支架、进刀和退刀机构、两组送料辊和张力辊机构 分切机机构如图 所示墙板一和墙板二平行设置且对齐设置在底座上墙板一和墙板二之间设有光轴和刀轴刀轴上套设有若干刀架刀架可沿着轴作直线移动 张力辊机构、送料辊机构、分切装置、压板机构皆安装在安装墙板上两块安装墙板与一块安装底板通过四块安装板座连接固定安装板座固定在底架上张力对于材料的重要性不言而喻分切机在快速启动、快速停止以及中间连续调速中必须保证张力恒定 张力决定了材料毛边的剔除效果、分切断面的整齐度及最终产品的质量张力辊机构具体如图 所示图 分切机构 图 张力辊机构 横切刀具组件包括外刀架、气缸、轴套、内刀架、电剪刀两轴套与外刀架轴孔配合与光轴孔轴配合轴套通过螺栓固定在外刀架上气缸固定在外刀架上运动端连接内刀架驱动内刀架上下运动内刀架与外刀架属于槽口配合电剪刀固定在内刀架上 螺栓的螺纹与内刀架连接螺栓的头部卡在槽中可以保证电剪的上升下降的轨迹更为稳定 槽下方的开口也比较大方便螺栓头的安装 槽的长度大于电剪刀行程的长度可以不用担心大槽口的影响如图 所示 纵切刀具组件除了电剪刀刀片方向少一个夹子结构其他与横切刀具组件相同 控制着气缸的运动气缸连接着电剪刀 横切的工作完成后气缸上升带传动带着电剪刀回程 需要工作时气缸下降带传动带着电剪刀裁切布料刀具组件两个孔与两根光轴孔轴配合刀具可以沿着光轴移动两光轴轴线平行且在同一纵线上 光轴两端通过卧式轴承座固定在安装墙板上 纵切刀具数量位置由分切尺寸决定纵切刀具固定在光轴上 电机减速机通过同步带传动带动横切刀具来回往返放卷装置放卷后经接带机构至张力辊机构穿带机构带着卷材先至纵切刀具下纵切刀具组件工作时由组件中的气缸带着刀具下移切割卷材纵切后卷材被带至横切刀具下横切刀具被气缸压下同步带沿光轴移动切割卷材如图 所示送料辊侧面图如图 所示 气缸 安装在气缸座 上气缸座 通过螺栓固定在墙板上气缸 带动滑块 在导轨 作直线移动辊轴 与滑块 上的孔配合 伺服电机 通过同步带轮、同步带 将动力传送至辊轴使得辊轴旋转电机 在墙板上驱动同步带轮、同步带 运动同步带 带着横切刀具沿着光轴移动 气缸 通过气缸座 固定于墙板外侧气缸 执行端连接压板一端另一侧的气缸连接压板另一端气缸带着压板上下移动设计与开发 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用图 横切刀具图 横、纵切刀具位置图 送料辊侧面.气缸.气缸座.滑块.导轨.辊轴.辊轴.同步带.同步带轮.伺服电机.伺服电机.同步带轮.同步带.气缸.气缸座.压板.片材收集机构片材收集机构由机架托板机构夹具机构升降台机构组成如图 所示分切后的片材自然滑入托板之上片材的前端被夹紧机构夹持托板及夹具机构等速水平移到收集升降台上 托板机构返回使片材平稳降落到收集升降台上 夹具机构返回收集升降台下降一个片材厚度 伺服电机给同步带提供动力托板通过夹板固定于同步带同步带带着托板移动托住片材并与夹具配合将片材平稳地置于升降台上 托盘机构包括托盘、同步带轮、同步带、轴座、光轴、光轴轴座如图 所示图 片材收集机构 图 托盘机构 两根光轴通过轴座安装在底座上表面的两侧轴线平行托盘结构上两个孔分别与两个光轴孔轴配合托盘两边的夹子机构分别夹住两边的同步带同步带带着托盘沿着光轴移动 有研究者用天车悬托但过于繁琐这是采用托板 为了减少片材与托板接触时的摩擦力将托板设计成镂空 夹具机构包括夹具架、同步带、同步带轮、轴座、光轴、轴座如图 所示图 夹具机构 电机夹具架下方的夹子夹住同步带夹具架上方的夹子由气缸控制加紧松开夹持片材松开片材为了保证不夹到同步带将夹住片材的位置做成凸台夹具架上的孔与光轴配合作轴向移动升降台机构包括顶板、左丝杆、导杆、右丝杆、丝杆螺母、升降台、锥齿轮、传动轴、轴承座和底座如图 所示图 升降台机构 导杆通过轴承座固定在底座上底板与顶板固定在四根导杆上 升降台通过法兰盘与导杆连接 左丝杆与右丝杆通过调心球轴承和推力球轴承固定在顶板与底板上 丝杆螺母固定在升降台上滚珠丝杆的旋转运动转化为升降台的直线移动 传动轴由轴承座固定在底座上 左丝杆的锥齿轮在传动轴锥齿轮上方啮合右丝杆的锥齿轮在传动轴锥齿轮的下方啮合保证左右丝杆螺母的移动方向一致 工作时电机带动斜齿轮旋转斜齿轮通过传动轴带动传动轴两边斜齿轮转动从而带动升降台上下移动 关键机构设计计算及有限元分析.带传动设计计算已知电剪刀的质量为 与之配合的光轴摩擦系数.同步带工作时的有效拉力即横切刀具在光轴移动的摩擦力为:.()式中:为摩擦力 为摩擦系数 为物体的质量 为重力加速度/已经测得卷材宽度 应在 内切完可得带轮线速度:/./()初步估算带轮直径 由此可计算带轮转速为:/./()机械研究与应用 年第 期(第 卷总第 期)设计与开发式中:为速度/为带轮直径已知电机启动次数 次/次/日参考文献可得工况系数.同步带设计功率:.()选择 型同步带参考文献可得 型同步带带宽 节距 .根据使用要求初定带轮中心距 已知传动机构传动比为 故带长为:/().()式中:为带轮直径带轮齿数/.取 同时确定同步带周长:.().有限元分析针对光轴进行分析为了保证切割时光轴的性能足够支持刀具的移动及固定要求光轴在保证能够能够正常切削外尺寸要尽量的小以降低成本 初始设计光轴的直径为 静应力分析发现该尺寸光轴能承受的应力远远大于刀具所需要它承受的应力增加了不必要的浪费 故重新设计直径为 的光轴静应力分析的位移、应变、应力图如图 所示图 位移 图 应变图 应力 建模仿真利用 对整个分切机进行三维建模利用其自带的仿真功能进行运动仿真如图 所示 在 的 模块下对已装配好的机构模型加载伺服马达进行一个机构运动分析产生可视化的机构运动过程如图 所示图 整机运动仿真图 运动过程 仿真结果表明该分切机运行正常可以实现退卷、纠偏、定长分切、片材收集等功能 结 语随着铺地材料的普及对分切成型工艺要求越来越高而提升设备分切的精度、高适应性、自动化程度有助于降低成本提高行业竞争力 分切的工艺一般有三个流程:退卷分切收集 每个部分都受到多方面因素的影响为了减少影响提升产品分切进度及效率改善产品的品质提出了一种数控分切机设计方案 该装置有三个创新点:采用成本较低、易于维护的电剪刀代替昂贵的机器模切法中的刀模利用数控系统动态调整分切材料的尺寸克服定尺寸刀模的弊端利用数控系统执行机构实现片材整齐码放完全代替人工码放 最后通过仿真分析验证所设计分切机能够实现相应的功能 该分切机成本低、效率高、结构简单、自动化程度高对于提高工作效率减少企业成本具有重要意义参考文献:司徒元舜麦敏青谭国超.大型、高速非织造布分切机的应用与发展.纺织导报():.李会荣谭 博.型分切机放料机构改进.机械工程与自动化():.曹志洁.分切机的控制技术研究及系统设计.河南科技():.李会荣王广林.大卷径铝箔分切机开卷锥头的优化设计.机械制造与自动化():.成大先.机械设计手册.北京:化学工业出版社.设计与开发 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用