棒料剪断机改进设计

潘 强，杨笑东

（沈阳三铭重工机械有限公司，辽宁 沈阳 110027）

棒料剪断机改进设计

潘 强，杨笑东

（沈阳三铭重工机械有限公司，辽宁 沈阳 110027）

针对Q42-250B棒料剪断机实际使用中的不足，对产品的机械结构、外观造型和电气控制系统进行改进设计。通过改进提高了该机型的整机性能、生产效率，增强了产品的市场竞争力。本文方法对其他设备的改进设计具有一定的参考价值。

棒料剪断机；改进设计；机械结构；外观造型

Q42系列棒料剪断机是轴承、锻造等行业高效冷剪棒材的理想剪切设备，该系列剪断机主传动为二级机械传动，利用曲柄滑块机构实现剪切，其高效可靠的性能得到了用户认可。但随着社会的发展，市场竞争日益激烈，Q42-250B棒料剪断机现有配置已无法满足市场要求，故对其进行深度改进。

1 改进方案确定

根据Q42-250B棒料剪断机在实际使用中出现的问题，以及用户反馈的需求建议，对产品进行如下改进：

（1）机械部分改进。原产品的离合器与制动器采用摩擦盘式结构，摩擦盘为钢件外镀粉末冶金材料，磨损后更换成本较高，且机械结构为内外齿导向，加工成本也很高，因此改进为浮动镶块式结构，导向杆导向；手动挡料器无法满足自动化的要求，故重新设计了机动挡料装置；对润滑及气动系统进行了升级。

（2）电气部分改进。整机采用欧姆龙PLC控制，后挡料实现任意长度定长控制。

（3）外观防护改进。为提高设备的档次，满足参展要求，重新设计了机床的防护，提高产品的辨识度。

2 改进方案的实施

2.1 机械部分改进

2.1.1 离合器制动器的改进

在棒料剪断机传动系统中，气动联锁式离合器-制动器结构多为摩擦盘式和浮动镶块式。两种结构各有利弊，综合考虑市场环境、企业的生产能力等客观条件，将原结构改进为浮动镶块式结构。因离合器与制动器的结构相似，故制动器侧的设计不再赘述。离合器的设计过程如下：

（1）确定离合器传递的扭矩Ml：

式中：Mg为曲轴上公称扭矩，查原始设计为80614Nm；β为储备系数，取1.2；i为离合器轴至曲轴速比，i＝6.375；η为传动效率，一级齿轮传动取0.96。

（2）摩擦半径Rμ的确定

根据原传动系统的布置，初定镶块材料为石棉塑料Z64，规格为95mm×95mm方形，镶块数量取14个，摩擦副如图1所示。

图1 浮动镶块式离合器计算图

式中：μ为镶块摩擦系数，取0.33；q为摩擦副上的压强，其值应小于摩擦材料的许用压强[q]；z为浮动镶块数目；Fi为单个浮动镶块的单边摩擦面积。

结合原有结构，Rμ取290mm，符合传递扭矩的要求。

（3）摩擦副厚度尺寸计算

从动摩擦盘厚度hp应考虑镶块侧壁的挤压强度[σj]。

对于Z64，[σj]可取3×106Pa；hp取整为16mm。

镶块厚度h考虑磨损留量，根据经验公式选取

取30mm。

离合器气缸与活塞等部件沿用原设计结构，减少了设计上的工作量，详细结构如图2所示。

图2 离合器制动器结构图

2.1.2 机动挡料的设计

为了实现棒料长度的自动控制，并实现剪切过程中挡料自动退让，利用现有技术，设计了一种新型机动挡料，如图3所示。

该机动挡料位于床身出料口一侧，支架9为焊接式箱体结构与床身相接，挡料头1随活塞2在气缸3上进出完成剪料退让动作；变频电机4通过同步带8驱动滚珠丝杠5，带动气缸3在滑动导轨上前后移动；磁头12固定在气缸3下部，与压板6上粘贴的磁尺11实现挡料任意位置的准停。挡料装置设有自动剪切控制机构，当被剪棒料顶住挡料头时，内部的顶杆使接近开关发讯令机床开始剪切，同时挡料头由气缸带动退让，当剪切完毕后挡料头复位。定尺的精确位置由磁尺、磁头检测，通过单轴可编程定位器控制，定位精度达到0.01毫米，满足棒料精准下料的要求。

图3 机动挡料示意图

2.1.3 润滑与气动系统改进

（1）润滑系统。原机床为手动油脂泵润滑，现根据各润滑点需油量，采用电动润滑脂油泵集中润滑。并通过油泵控制器实现润滑泵的工作周期控制、低油位低及管路堵塞报警等功能，满足设备自动化的要求。

（2）气动系统。主要对老旧的气动元件进行了重新选型，包括气源三联件、截止式换向阀、气动接头等元件，使整个气动管路系统更加紧凑地集中于床身侧面的气路门中，方便设备的维护。

2.2 电气部分改进

整机采用欧姆龙CP1E-N60S1-A可编程控制器，参照原机床电器原理图，设计了新的PLC控制原理图，并编制PLC梯形图，实现机床的逻辑控制。重新设计了电控箱及控制面板，满足润滑指示、机动挡料控制等新增功能。

2.3 外观造型设计

近年来，工业产品市场展开了以外观设计为主题的竞争，由于企业对此重视不够，导致产品虽然在性能、寿命等方面达到国内先进水平，但在市场上仍缺乏竞争力，无法展示企业实力，不利于品牌形象建设。基于此，对棒料剪断机进行了整体外观造型设计，图4为外观效果图。

图4 Q42-250B棒料剪断机效果图

2.3.1 外观造型分析

机械设备的造型设计由三要素组成，即功能基础、工艺基础、美学基础。功能基础是外观造型的出发点，必须满足产品在防护性与宜人性等方面的要求；工艺基础是实现造型方案的保证，在考虑防护结构时，应注意结构的可加工性和可操作性；美学基础是造型设计的外在表现，应预测社会对审美的需求，设计出符合时代的产品。

本设计方案采用方直的设计风格，以直线加小圆角过渡为主，整体造型较为方正，给人以刚劲、坚固、明快之感。飞轮罩正面为网面镂空设计使上部结构不致臃肿，并与企业的标识巧妙融合，形成强烈的视觉冲击。两侧边框门采用钣金焊接整体设计，造型采用竖直棱、直角，体现出设备高大挺拔向上的力量感。考虑到边框门的功能要求，将其分为润滑门、换刀门、气路门，便于用户维护使用。后部齿轮罩设计为全封闭结构，与离合器罩整体协调，边角处采用直角拼接结构，便于生产制造，并与整机风格协调一致，如图5所示。

2.3.2 色彩方案

色彩方案是工业产品外观设计中的关键因素，其选择的合理性直接影响人们对产品的第一印象。

在Q42-250B棒料剪断机的外观色彩方案中，床身主体为深灰色，整体具有稳重、坚实之感。其余防护部分为白色调，色彩搭配高雅精致。但大面积的单一色彩容易使人感到单调枯燥，故使用与企业标识一致的红色作为装饰色，并辅以产品型号装饰板，使其不再单调沉默，构成了设备鲜明的色彩特征。

图5 后部齿轮罩造型结构

3 结束语

设备生产装配完成调试后，经过综合检测，各项技术指标均达到预期改进要求。投产设备成功参加了2014中国国际锻造展览会，并获得市场的高度评价。本次改进设计方法对其他设备的技术改进具有一定的参考价值。

[1] 何德誉.曲柄压力机[M].北京：机械工业出版社，1996.

[2] 现代实用机床设计手册，编委会.现代实用机床设计手册[M].北京：机械工业出版社，2006.

[3]陈震邦.工业产品造型设计[M].北京：机械工业出版社，2004.

[4]王炳实.机床电气控制[M].北京：机械工业出版社，2004.

[5]刘茂银，梅碧舟.压力机控制系统中PLC的应用及设计[J].锻压装备与制造技术，2007，42（3）：45-47.

Improved design of billet shearing machine

PAN Qiang，YANG Xiaodong
（Sanming Heavy Industry Machinery Co.，Ltd.,Shenyang 110027,Liaoning China）

Aiming at the deficiency of the practical use of Q42-250Bbillet shearing machine,the design of mechanical structure,outline style and electric control system have been improved.Thus in this way,the overall performance,the productivity of the model and the market competitiveness of products have been increased.It provides certain reference for the improvement in design of other equipment.

Billet shearing machine；Product improvement；Outline style

TG315.5+5；TH122

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.02.017

1672-0121（2016）02-0064-03

2016-01-07；

2016-02-26

潘 强（1987-），男，助理工程师，从事锻压机床设计研究。E-mail：panqiang0330@163.com