毕业论文：钢管旋切机设计—控制部分设计

整个切割过程可分为三个阶段切入阶段旋转的刀具开始切入静止的管子，并通过摩擦力带动管子转动轧切阶段刀具在带动管子转动的同时，继续向下运动轧切工件，此时管子材料因屈服而产生塑性变形，刀具刃口下部的管材沿径向轴向和切向三个方向产生流动，使管壁厚度逐渐减小。

切断阶段在刀具持续轧切下，管壁越来越薄，直到管子被切断为止。

管子的旋转条件为使旋转的刀具压住管子后能带动它转动，些工艺参数和刀具参数必须满足定条件，称之为旋转条件。

轧切初期，沿刀刃和管子之间的接触圆弧，图管子扎切示意刀具工件托盘工件受到刀刃所加的压力，该压力是种分布载荷，同时工件还与刀刃处于转动接触状态，而受到摩擦力的作用，如图所示。

为简化分析起见，作如下两点假设。

刀刃作用于工件的分布压力和刀刃与工件间的摩擦力均看作为集中力，它们均作用于接触弧的中点刀刃对工件的压力以表示，其方向为沿刀具法向摩擦力以表示，方向沿刀具的切向，顺转向为正。

图中力离工件中心的垂直距离力离工件中心的垂直距离接触弧所对应的刀具圆心角工件入口处的半径工件出口处的半径刀具半径压下量工件在转动过程中所受的其他阻力忽略不计。

由图可知，作用于管子的力与分别产生轧制力矩和摩擦力矩，为满足旋转条件，必须大于或等于，即，或因，得到其中为摩擦系数。

由图分析可得推出于是可得将，及代入上式，且当时可得经变换，上式可简化为或图轧切力分析由上式可见，值越大，旋转条件越容易满足，这是很显然的。

当摩擦系数，管子与刀具直径之比定时，存在有个相应的满足旋转条件的极限相对压下量。

当管子与刀具直径之比较大时，相对压下量必须取较小的值，而较小时，则允许的相对压下量就比较大。

当刀具直径，管子直径，根据设备的实际工况取摩擦系数时，可算出极限压下量。

而设备工作时的实际压下量仅，故旋转条件能充分得到满足。

钢管轧切时的变形分析轧切时，随着楔形刀刃的轧入，钢管在径向压力的作用下，产生剧烈而复杂的变形，这种变形，是由刀刃刃口及两侧作用于钢管所引起的。

刃口作用于钢管主要产生径向压缩切向扩展及轴向延伸等变形。

其中径向压缩包括钢管的径向压缩和材料本身的径向压缩，前者指材料向钢管内部流动产生的减径作用后者则是轧切的主要变形，唯此钢管才得以被塑性切断。

刀刃轧入工件后，部分材料沿切向流动，使工件呈椭圆状。

刀刃下部的材料还会沿轴向延伸而变形，这时在连皮材料内部将产生拉应力，成为延伸变形的阻力。

刀刃侧面作用于钢管，使材料产生径向压缩切向扩展轴向压缩和外径扩展等变形。

其中径向压缩和切向扩展同刀刃刃口作用时所产生的变形情况相似。

轴向压缩使刃口下部的连皮材料产生拉应力，外径扩展是指切口斜面受压后，材料向管子外径方向流动，致使工件沿切口外径边缘处略微鼓起并呈椭圆状。

以上凡由切向扩展和外径扩展所引起的椭圆变形，在整个轧切过程中沿整个圆周不断重复交替出现，随着轧切深度的增加将逐渐减弱，甚至接近消失。

因外径扩展产生的凸起状，将在托轮的对滚碾压作用下渐趋敷平。

轧切时，管子在刀具刃口及两侧的作用下，产生剧烈而复杂的变形。

刃口作用于管子，主要产生径向压缩切向扩展及轴向延伸。

径向压缩包括管子的径向压缩和材料本身的径向压缩，前者指材料向管子内部流动产生的减径作用，后者则是轧切的主要变形，唯此管子才得以被塑性切断。

刀刃轧入工件后，部分材料沿切向移动产生切向扩展，并使工件呈椭圆状。

同时刀刃下部的材料还会向轴向压缩，这时管壁尚相连部分材料内部将产生拉应力，成为延伸变形的阻力。

刀刃两侧作用于管子，使管子材料产生径向压缩切向扩展轴向压缩和外径扩展等变形。

其中，径向压缩和切向扩展同刃口作用时情况相似。

轴向压缩使刃口下部尚相连部分材料产生拉应力，外径扩展是指材料向管子外径方向流动，致使切口外径边缘处略显鼓起并呈椭圆状。

由切向扩展和外径扩展共同引起的椭圆变形，在整个轧切阶段中，沿整个圆周不断地重复交替出现，随着轧切深度的增加，这种变形逐渐减小，甚至近乎消失。

至于外径扩展产生的突起状，将在托轮的对滚碾压作用下趋于敷平。

在轧切初期，变形主要由。

进料机构由传动链实现，进料时，传动链带动钢管向前运动，直到钢管端头被挡块挡住为止，送料电机随即停转。

进料传感器检测到物料到达后，轧切电机开始启动并通过传送带带动刀具旋转，通过液压缸的伸缩使轧切部分沿滑槽上下移动，依此控制刀具上下移动，控制刀具以适当的压力逐渐切入钢管，随着切入深度的步步加深，直到拉应力超过材料的拉伸强度时，管子就被切断为止，切断的钢管自动落入料槽，检测物料传感器控制液压缸带动刀具上升，进料电机再次启动进行送料，实现下次的切削。

轧切部分这部分主要由割刀部件支撑托轮挡块和导向滑槽等组成，其中割刀部件包括主轧电动机传送带控制液压缸等机件。

刀具安装在传送带轮的输出轴上，主轧电动机通过传送带装臵带动刀具转动，电机转速也可通过变频器调节。

刀具的进给运动，由液压缸带动轧切部分上下移动来实现，支撑轮在轧切过程中起支撑工件的作用。

挡块装在所需料长的固定位臵上。

当传送带传送钢管到位被挡块挡住后，切割电动机通过传送带带动刀具旋转，控制液压缸带动轧切部分沿滑槽向下运动，随着轧切深度的不断加深，钢管最终被切断，随后刀具在控制液压缸的作用下向上运动，送料电机随后起动继续向前等待下次的切削，滚轮主要起支撑物料实现轧切的目的。

挡块前端顶盘的仲出长度及其中心高度，可分别予以调整，以适应不同直径的钢管和不同长度的割件。

导向滑槽的作用是通过液压缸带动轧切部分上下移动。

切断的物料可直接掉入料槽中。

电控系统系统构成本系统采用型可编程控制器作为控制核心，选用了个十槽的框架和个十槽的扩展框架。

除模块外，框架中共装有个输入输出模块和个拨盘模块，模块的选用，主要根据触点的数量，负载的大小和动作频率的高低而定。

输入器件中包括操作控制面板上的按钮和选择开关，各种功能和限位传感器。

其中输出部分还包括三项交流电动机以及接触器和直流电磁阀线体积小，可靠性高，尤其是它无需改动任方便地改变输出器件的状态或动作顺序的控制柔性，特别适用于本设备这类机电体化产品。

程序设计思想的控制程序，是根据管子的轧切工艺设备功能和操作要求来进行设计的。

设备开机后只需按下启动按钮，设备即开始自动连续运行。

对这运行状态，程序的基本设计思想如下首先判定支承上有无料，若有料，进入正常轧切循环，直到将割剩的料尾推出为止。

此时支承处于无料状态，于是需判定支架上是否有料，如有料，则向支承装料，然后返回前面的程序，如无料，进步判定贮料架中是否有料，若贮料架有料，则先向支架上料，然后再向支承装料。

割刀运动控制割刀运动是整个加工过程中极为重要的个环节，它将直接关系到轧切的质量和效率。

前已提及割刀的进给运动，是由轧切液压缸带动轧切机构上下运动来实现的。

为控制进刀距离，采用了对行程开关控制轧刀的上下运动，根据薄壁钢管的直径和厚度进行适当的调整，已达到切断钢管的目的。

图系统结构图卸料运动控制当薄壁钢管被切断后，轧刀停止转动，秒后刀具上升至上限位行程开关处，等待下循环，当上料电机开始上料时将滚筒上的钢管顶落入料巢。

钢管旋切机传感器及行程开关的选择传感器选择物料检测和扎切长度检测用传感器检测，物料检测用电感式传感，长度检测用对射光电传感器。

电感式接近开关见图型号泄漏，消耗，静态电流三线消耗检测物体铁材磁性金属响应频率输出电流要求更大电流可定做工作环境温度摄氏度摄氏度输出电压降三线二线外壳材料黄铜镀铬对射传感器见图产品型号工作电压感应距离米内输出方式继电器输出，种常开常闭触点出触点容量从直径直径，接近距离最大行程开关见图额定电压电流，电感负载接触电阻以下初期值绝缘电阻以上在耐电压同极端子间，持续分钟载电流与无载电流零件间持续分钟各端子与地之间，持续分钟电气寿命，次机械寿命次以上图对射光电传感器图电感接近开关操作速度的选择见图型号程序容量点连接方法连接器型工作电压输入类型输出类型继电器电气控制系统电器的选择交流接触器见图额定电压线圈电压额定电流电压频率小继电器的选择型号欧姆龙，带工作指示灯工作电压，见图触点负载阻性出头数两对额定电流断路器型号系列低压塑料外壳断路器额定电压额定电流脱扣器电流主触头数对辅助触点对电磁阀液压见图型号位臵数二位五通耗电量额定电压最高动作频率次秒电磁阀气动见图图液控电磁阀图中间继电器图交流接触器图图气动电磁阀型号耗电量额定电流额定电流∽液压缸的选择见图型号缸径受压面积液压工作压力气压缸的选择见图型号Χ缸径气缸工作压力旋切机自动控制系统原理旋切机装配图如下见图图装配图图液压缸图气压缸旋切机可编程控制器分配表输入启动按钮停止按钮急停按钮物料检测轧切上限位轧切下限位轧切长度测量上料上限位输出启动指示灯上料液压缸向下轧切刀具上升轧切刀具下降轧切电动机进给电动机停止指示灯图分配表旋切机电气接线图见图旋切机梯形图如图所示图电器接线图图梯形图旋切机指令表如图所示图指令表故障保护本设备设有较完善的故障检测系统，电控系统装有过载保护和过流保护装臵，担发生短路或过载立刻关断电源启动保护作用，并配有急停开关，担按下急停开关，真个系统停止工作。

致谢非常感谢学院领导和老师给我提供了这次良好的深入学习的机会和宽松的学习环境。

通过这次毕业设计，不但使我将大学期间所学的专业知识再次回顾学习，而且也使我学到了专业领域中些前沿的知识。

非常感谢在本次设计中曾给予我耐心指导和亲切关怀的陈老师及帮助过我的同学，正是由于他们的帮助和鼓励才使我能够在毕业设计过程中克服种种困难，最终顺利完成论文，他们的学识和为人也深深地影响着我。

在此，请允许我再次向曾直接给予我多次指导的导师表示最忠诚的敬意，参考文献中国机械工程学会金属材料手册北京化学工业出版社，施平机械工程专业英语哈尔滨哈尔滨工业大学出版社，孙波机械专业毕业设计宝典西安西安电子科技大学出版社，杨黎明机电体化系统设计手册北京国防工业出版社，孙波机械专业毕业设计宝典西安西安电子科技大学出版社，张以鹏实用切削手册辽宁辽宁科学技术出版社，上海市金属切削技术协会金属切削手册上海上海科学技术出版社，杜祥瑛薛顺德机电体化技术词典北京机械工业出版社，梁桂芳切割技