導語：雙刀四軸膠帶裁切機機械設計研究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：介紹了半自動雙刀四軸三伺服膠帶裁切機的總體設計，針對單主軸分切效率較低、卸料與切料不能同時進行、停機次數增加、生產效率低下等問題，設計了一種四軸自動回轉換位裝置；針對圓盤刀具在作用力的影響下發生偏移，導致加工出的成品產生斷面不平、毛邊等不良現象，設計了一種刀架角度自動調節裝置。實驗結果表明，該機運行穩定可靠、操作方便、各項參數測試準確，能夠滿足用戶的要求。

關鍵詞：膠帶裁切機；雙刀；四軸；主軸自動回轉換位裝置；刀架角度自動調節裝置

近年來，隨著經濟的快速發展，軟包裝行業已經成為迅速興起的朝陽產業，以其高速增長的產值和廣闊的市場，顯示了巨大的發展前景，其軟包裝市場中（如快遞包裝），離不開用量巨大的膠帶，而膠帶分切是膠帶行業的末端環節，其作用是將涂布過的大幅卷半成品膠帶分切成不同寬度的成品應用膠帶。根據用戶的要求，采用非標設計的方法，研制了一種半自動雙刀四軸三伺服膠帶裁切機（如圖1），具有雙軸雙刀同時切料、四軸自動翻轉換位、卸料與切料同時進行、可設定多種不同規格寬度及刀切裁切角度進行膠帶或布基等材料的分切作業等功能。

1總體方案設計

膠帶裁切機主要技術參數要求：機械有效幅寬為1300mm，最大裁切直徑為160mm，最小分切寬度為3mm，最大分切速度70次/min，分切精度為±0.05mm，材料管芯內徑為25～76mm，主軸最大機械轉速為700r/min，主電動機功率為2.2kW，圓刀電動機功率為0.75kW，使用電壓三相四線380V等。主要由機械系統、電氣控制系統、氣動控制系統、潤滑冷卻系統四部分組成，由中央控制系統PLC可程式控制器集中控制，可同時設定多種不同寬度、不同切刀角度的裁切作業，實現進刀、主軸翻轉、主軸高低速旋轉、單或自動循環裁切等操作功能，分切時可自動或手動控制；其中機械系統主要包括旋轉主軸部件、雙圓刀刀架部件、雙軸尾架支承部件、主軸回轉部件、刀架橫向移動部件、裁切軸部件、伺服進刀部件、刀架角度自動調節部件、機床動力部件、機架框架結構等。電氣控制系統采用數字化設計方案，以實現機床的半自動控制，提高膠帶裁切質量，由液壓泵控制、裁切行程控制、裁切壓力控制、其他輔助控制等功能模塊組成；液壓泵采用5.5kW的三相異步電動機，主電路為PLC程序控制接觸器直接啟動，以實現液壓泵啟停；通過安裝齒條嚙合傳動中齒輪軸端的編碼器來實現裁切行程位置的采集，配合PLC、電磁閥組的控制從而控制裁切運動部件的移動，可實現自動或手動裁切行程位置的確定及調整；裁切壓力的調整由電液比例閥完成，裁切時，快速到達待切位置速度變慢并加壓保持，以期達到良好的分切效果及能切斷膠帶；為了保證操作的安全性，本機設置了過載安全保護功能。氣動控制系統的設計包括旋轉主軸夾持單元、收卷動力離合單元、雙軸尾架支承單元、跟刀架移位單元、圓刀冷卻單元、主軸翻轉離合、支承、定位單元等氣動控制單元的設計，由電磁閥、節流調整閥、減壓閥、單向閥、消音器、快插接頭等氣動元件組成。機床采用整體架構設計，總體裝箱尺寸約為2860mm×1300mm×1380mm，電氣控制系統、氣動控制系統、機械動力部件、主軸回轉部件集中分布在機床左側（如圖1）；刀架橫向移動系統采用精密伺服電動機（施耐德）、高精度滾珠絲桿螺母副及直線導軌配合進行驅動，以保證切刀行程順暢、定位準確，分切精度達到±0.05mm；伺服進刀部件采用法國施耐德精密伺服電動機控制、彈性聯軸器連接、配合直線導軌驅動的設計，可自由調整進刀速度的快慢，以保證切刀行程順暢、高穩定性；雙圓刀刀架部件及刀架角度自動調節部件聯動，增設伺服馬達（施耐德）可手動或自動調整圓刀裁切角度，解決了膠帶產品橫斷面裁切凹凸不平的現象；裁切軸部件采用軸承鋼GCr15材料主軸外套1in的PE管，端部采用氣壓背壓控制的雙軸尾架支承，且切管壓力可調，以提高切管特別是小徑膠管裁切作業的穩定性；主軸采用無級變速AC馬達配合同步帶、齒輪系、分度裝置傳動，主軸翻轉采用氣動控制的齒輪齒條傳動系統；增設的矽溶液冷卻系統，避免了切刀粘膠，確保切管作業順暢。

2主軸回轉部件的設計

目前存在相當數量的膠帶裁切機僅實現在一個主軸上完成卷料膠帶的分切，分切效率較低，且卸料與切料不能同時進行，停機次數增加，生產效率低，導致生產量不能滿足市場的大量需求。本機采用了一種四軸自動回轉換位裝置（如圖2），解決了單軸分切、停機卸料上料、生產效率低的問題。它由支撐板、第一驅動組件、齒條、回轉主軸、翻轉齒輪、第二驅動組件、分度盤組件和回轉大盤、定位裝置等零部件組成（如圖2），其中回轉大盤設置在機架左側壁內，與回轉主軸固定連接一起旋轉，回轉大盤上設有均勻分布的四個工位，四個工位上分別安裝有一組主軸部件（如圖2（b）），跟隨回轉大盤實現180°回轉換位。第一驅動組件由氣缸及固定組件組成，將氣缸固定于支撐板及機架上，齒條與氣缸螺紋連接一體，當主軸需要轉位時，發出指令后氣缸推動齒條上下往復移動；設計時，齒條與翻轉齒輪形成嚙合傳動（齒條模數m=2.5mm、齒數z=112,齒輪模數m=2.5mm、齒數z=50），由導向輪與導向軸等組成的導向組件輔助齒條沿氣缸軸向作直線運動，為了保證齒條上下平穩運動，導向輪設有凹槽限制了齒條其他方向的移動，齒條上方設置了限位塊來控制齒條的行程（如圖2（c）A向所示）；翻轉齒輪通過深溝球軸承與回轉主軸空套連接，分度盤組件通過平鍵、圓螺母、緊定螺釘與回轉主軸固連，由緊湊型氣缸、轉動小軸等組成的第二驅動組件通過螺栓固定在翻轉齒輪上；當齒條伸出時，第二驅動組件中的緊湊型氣缸得到指令推出轉動小軸與分度盤上的小孔連接，這樣齒輪的轉動帶動分度盤跟隨同步轉動180°，回轉主軸也同步帶動回轉大盤旋轉180°，此時，設置在回轉大盤上方的定位裝置得到指令后，驅動件推動定位銷與回轉大盤上的定位塊配合，回轉大盤停止轉動，旋轉主軸部件位于工作位置（如圖2（c）B向所示）；當齒條縮回時，第二驅動組件與分度盤組件分離，齒條僅帶動齒輪在回轉主軸上轉動，回轉大盤保持不動。這樣，通過齒條往復伸縮動作，結合第二驅動組件與分度組件的連接與分離，使回轉大盤一直朝一個方向實現180°的轉動，避免了在加工膠帶時出現松脫現象；另外，回轉大盤上的四個主軸180°回轉換位，使其中兩個主軸同時切料，另外兩個主軸完成卸料、上料，保證了在切料的同時完成卸料、上料工序，實現了部分自動化，大大節省了時間，提高了生產效率。

3刀架角度自動調節部件的設計

裁切機在進行分切作業時，由于不同成卷半成品的膠帶有著不同的物理特性，并且產品還會隨著加工的推進產生寬度變化，因此會對圓刀產生不同的作用力，若刀具不能及時調整切入角度，刀具在作用力的影響下會發生偏移，導致加工出的成品產生斷面不平、毛邊等不良現象。本機采用了一種刀架角度自動調節裝置，角度調整范圍為±9°，它由底座、轉盤、轉角機構、刀具機構、壓板、保護罩等零部件組成（如圖3），其中轉盤設置在底座上以鉸鏈相連，底座可帶著刀架在機床導軌上實現縱向移動及進給運動；刀具機構固定在轉盤上，安裝有兩把180mm的圓刀，由0.75kW的蝸桿減速電動機驅動切割物料,為了保證圓刀刀口與物料接觸位置始終不變，并能準確地調整切料角度，設計時讓圓刀切料點與轉盤轉動中心在一條軸線上（如圖3（b）），同時也設計有對刀塊、限位塊等組成的對刀裝置方便加工前對刀操作；為了加工時冷卻刀具，避免切刀粘膠，圓刀外面的保護罩頂部設計有噴淋裝置（如圖3（c））,由液壓系統控制；轉角機構一端連接底座，另一端連接轉盤，用于帶動轉盤的轉動，它包括BCH0602O12A1C型施耐德伺服電動機、彈性聯軸器、M16×5滾珠絲桿、圓螺母、螺母固定塊、絲桿固定塊等零部件（如圖3（d）），彈性聯軸器用于連接電動機主軸與滾珠絲桿，滾珠絲桿與圓螺母組成螺旋副，把電動機的轉動形式轉化為圓螺母的移動形式；其中滾珠絲桿轉動設置在絲桿固定塊上，絲桿固定塊轉動設置在底座上，而伺服電動機固定設置在絲桿固定塊上，用于帶動滾珠絲桿轉動，螺母固定塊轉動設置在轉盤上。當需要調整圓刀的裁切角度時，伺服電動機驅動滾珠絲桿轉動，帶動圓螺母左右移動，使絲桿固定塊與螺母固定塊之間的距離發生變化，從而帶動轉盤在底座上轉動，實現圓刀的角度調整。操作者可以根據物料的不同物理屬性調整圓刀的角度，同時絲杠轉動伺服電動機由PLC控制器控制，裁切加工時，由于物料的寬度會隨著加工的進行而縮短，對應圓刀的角度要求也在不斷變化，PLC控制器根據使用者設定的參數，控制伺服電動機的工作，使圓刀在分切加工過程中實現角度的自動調整，以匹配不同加工時段對圓刀的角度要求，從而提高了產品合格率。

4結語

由PLC集中控制電氣、氣動、潤滑及機械傳動系統聯動的半自動、雙圓刀裁切、四主軸翻轉、三伺服驅動的膠帶裁切機，技術設計與試制完成后的實驗表明：本機采用了美觀大方的外形結構設計，四軸雙刀同時切料，自動換位，卸料與切料能同時進行；主刀架橫移進給采用了精密伺服電動機、高精度滾珠絲桿螺母副及直線滑軌配合進行驅動，圓刀縱向進給采用了伺服電動機配合直線滑軌驅動控制，切刀行程順暢、穩定性高；同時采用的觸摸屏配合PLC進行集中控制，實現了高速高精度作業，可不停機同時設定多種不同寬度、不同切刀角度；增設的伺服馬達獨立自動調整圓刀角度，完全解決了產品端面凹凸不平的現象，符合用戶對產品性能的要求。相關產品投入市場后，經濟效益顯著。同時，除膠帶外，本機也適合雙面膠、高級電子膠帶、PVC、PE、PET保護膜、OPP封箱膠紙、牛皮紙、美紋紙、金屬紙、泡棉等膠粘帶及布基的裁切作業，擴大了作業范圍。

[參考文獻]

[1]錢聚營,馬立飛.綜述膠帶分切機國內外發展及研究現狀[J].綠色包裝,2016（增刊1）：47-49.

[2]曹建軍.基于PLC的四軸裁切機控制系統設計[J].自動化技術與應用,2011,30（9）：82-84.

[3]陳壘.自動裁切機的機械設計[D].上海：東華大學,2018.

[4]王恒斌.自動裁切機系統的設計[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學,2013.

[5]馬立飛.全自動BOPP膠帶分切機張力控制研究[D].北京：北京印刷學院,2018.

[6]趙敏鵬.基于PLC技術的分切機自動控制系統設計[J].計算機測量與控制,2018,26（1）：110-114.

[7]蘇平永.工業裁切機[J].中國新技術新產品,2016（2）：90.

[8]曹志潔.分切機的控制技術研究及系統設計[J].河南科技,2014（21）：105-106.

[9]段霞.分切機種類差異的應用分析[J].科技創新與應用,2014（34）：70.

[10]馬寅.我國分切機市場須在創新中謀發展[J].塑料包裝,2013,23（3）：6-7,5.

作者：程暢 石云飛 章磊 單位：常州工業職業技術學院