毕业设计论文基于 HDPE/PVC 塑料管材无屑切割机结构设计Plastic pipe cutting machine design without chip based on HDPE/PVC摘要通过对国内外塑料管材机械生产线的研究分析，并结合实习工作公司的实际情况，确 定了无屑切割机做为本课题的主要设计内容。无屑切割机用于塑料管材的定长切割，在切 割过程中机架上的移动台可以沿着管材挤出方向移动，并保持与管材的同步进给速度。在 切割机的前部装有托轮装置，托轮起到支撑和导向的作用，针对不同管径时要予以调节。
当翻料架上的行程开关或编码器发出切割信号后，机器夹紧装置上的夹紧控制装置夹牢管 材，使管材在切割过程中相对固定，夹紧装置为夹紧块哈夫夹紧，在切割不同规格的管材 时，调换相对应的哈夫块。切割工作指令的实现由电机通过 V 带传动，而刀片的切削进给由气缸活塞杆缓缓推进 而进行的，气缸推力的大小可由气缸的调节阀调节。刀片的无屑切割进给由移动盘和左右 移动架来完成的，其中筒轴由轴承支承和定位，所以旋转中心不变使切割机切割管材端面 平整，尺寸规范。进刀深度由气缸导向杆旁边的限位调节丝杆调节控制。不同规格的厚度 管材，调节丝杆的调节量大小不同。设计过程中查阅了大量国内外的相关资料，所做的设计运用所学的所有专业课程。下文主要阐述塑料管材无屑切割机总体结构设计。
切割机设计主要包括，带传动机构、切割机构、夹紧机构、切屑工作台移动导轨、机架设计。由于本人时间和知识面有限不可能做的很全面，文中错误难免，望老师指正。关键词 塑料管材；切割机；无屑式AbstractThrough to the domestic and foreign plastics tubing mechanicalproduction line research analysis,and the union practice workcompanys actual situation,had determined the non- filings cutterdoes for this topic main design content.The non- filings cutter usesin the plastic tubing to decide long cuts,in cuts process rack from the movingplation to be allowed to squeeze out the traverse along thetubing,and the maintenance and tubing synchronization enters for thespeed.Is loaded with in the cutter front part holds a turn ofequipment,holds the wheel to play the strut and the guidance role,inview of different caliber when must give to adjust.After turnsmaterial on the limit switch or the encoder sends out cuts the signal,machine clamp clamps the control equipment firm tubing,causes thetubing in to cut in the process to be relatively fixed,the clamp forclamps block Haff to clamp,when cuts the different specification thetubing,exchanges Haff block which corresponds.Cuts the working order the realization by the electrical machinerythrough V belt transmission,but the bit cutting for slowly pushes bythe cylinder piston rod then carries on,the air cylinder thrust forcesize may by the air cylinder regulating valve adjustment.The bit non-filings cut for by move,casing of axis which the shifting plate andabout movingplation completes by bearing supporting and localization,therefore the center of rotation invariablely causes the cutter to cutthe tubing end surface to be smooth,size standard.Bit the depthguides nearby the pole by the air cylinder the spacing adjustment leadscrew regulating control.The different specification thicknesstubing,adjusts the lead screw the adjustment quantity size to bedifferent.In the design process has consulted the massive domestic and foreigncorrelation data,does the design utilization studies all specializedcurricula.As follows main elaboration plastic tubing non- filingscutter overall structural design.The cutter design mainly includes,brings the transmission system,tocut the organization,to clamp the organization,Cutting- filings the work tablemoves the guide rail,the rack design.Because myself time and the aspect of knowledge limited are impossibleto do very comprehensively,in the article wrong is unavoidable,looksteacher to point out mistakes.keywords Plastic tubing Cutter Non- filings type目录1 绪论.......................................................................................................................................1 1.1 引言 ................................................................1 1.2 塑料管材生产线工作流程简介...........................................1 1.2.1 塑料管材生产线结构组成（本文仅以 PVC 波纹管为例）..................1 1.2.2 塑料管材生产过程 .................................................2 1.3 PVC 管材生产线特点 ...................................................2 1.4 设计方案的选择比较 ..................................................3 1.5 设计方案综述 ........................................................4 2 带传动机构设计.....................................................................................................................5 2.1 V 带机构设计.........................................................5 2.1.1 V 带的选择 .......................................................5 2.1.2 带传动的分类（根据截面形状不同）和性能比较 ........................5 2.2V 带传动的设计计算 ..................................................6 2.3 带轮结构设计 ........................................................9 2.3.1V 带轮的设计要求...............................................9 2.3.2 带轮材料的选用 ...................................................9 2.3.3 结构尺寸的设计 ..................................................102.3.4 带轮的轮槽尺寸 ..................................................103 夹紧机构设计......................................................................................................................133.1 夹紧装置组成部件 ....................................................133.2 夹紧块材料的选择 ...................................................133.3 托轮装置 ...........................................................143.3.1 组成部件件 ......................................................143.3.2 托滚材料的特殊选择...............................................144 切割机构设计......................................................................................................................154.1 切割机构概要 ........................................................154.1.1 切割部件的组成 ..................................................154.2 传动旋转装置的设计 ..................................................154.2.1 旋转部件 ........................................................154.2.2 传动体的尺寸计算 ................................................154.3 轴承的选用及润滑 ....................................................164.3.1 轴承的类型 ......................................................164.3.2 轴承材料选择 ....................................................164.3.3 设计中所选轴承介绍...............................................164.4 轴承验算校核 .......................................................174.4.1 轴承的润滑 ......................................................184.4.2 轴承的密封装置 ..................................................195 切屑工作台导轨设计 ..........................................................................................................205.1 导轨材料选用........................................................205.2 导轨的润滑与保护 ...................................................215.2.1 导轨的润滑 ......................................................215.2.2 导轨的保护 ......................................................226 机架结构设计......................................................................................................................236.1 机架设计概要........................................................236.1.1 机架设计工艺要求 ................................................236.2 机架材料的选择 ......................................................246.3 机架材料时效处理 ...................................................256.4 机架结构尺寸 .......................................................26 结 语 ...................................................................................................................................27 致 谢.....................................................................................................................................28 参考文献 .................................................................................................................................29 附录 1英文原文...................................................................................................................30 附录 2英文翻译...................................................................................................................341.1 引言1 绪论随着国民经济的不断发展,多种类型的塑料管材广泛的运用于石油，化工，农业，轻工和服务业等不同的行业的各种场合。在各大中小城市政公共建设工程中，一些新型大口 径管材（聚乙烯管、硬聚氯乙烯管等不断涌现，在城市基础建设中，塑料管材以轻便、实用、环保、不易腐蚀等优势，在我国城乡供水、排水、燃气以及市政公用工程等领域的 应用将替代原来应用的混凝土排水管，解决了由于管道的粗、大、笨，造成的运输不便利，运输费用高，加上施工需要大的机械设备而造成施工不便。同时，塑料管材由于其轻便，带来运输方便，施工方便，接口处理容易而倍受用户的青睐。据相关媒体报道，未来 10 年国家用于污水治理的总投资将超过 3000 亿元，南水北 调治污规划，流域治污工程，环渤海碧海蓝天工程及北京-青岛迎奥运环境治理工程等重 大项目都已列入国务院已批准和即将实施的计划中，国家宏观经济发展规划也将市政排 水、排污工程推广提到了议事日程并实施。随着塑料管原材料合成生产，管材制造设备和 生产技术替代传统材料制作的排水管将成为必然发展趋势。同时在各种场合对不同的工况 所使用的塑料管材机械也不尽相同，近年来由于塑料管材机械的应用范围的扩大，品种的 增多以及质量的不断提高，对加工设计塑料管材机械提出了更高的要求，特别是在一些大 型的塑料管材流水线上，塑料管材机械中的切割机承担了很重要的工作任务。这些塑料管 材切割机要求运行平稳,使用寿命长，切割管材精度高。为此各厂家为了根据自己的需要，出于经济性和战略方向的考虑，自行设计结构简单可靠，生产价格便宜的塑料管材切割机。
其中无屑切割机相比较其他形式的切割机有着许多优势，诸如在切割过程中不产生锯屑，管材端面平整光滑、美观、无毛刺，其刀片用高速合金钢制造，坚固耐用，是有齿锯片切 割机的换代产品，可与任何厂家生产线配套使用。1.2 塑料管材生产线工作流程简介1.2.1 塑料管材生产线结构组成（本文仅以 PVC 波纹管为例）自动上料干燥机双头挤出机塑料管材模具成型机牵引机切割机扩口机（翻料架）其中成型机分为立式和卧式结构；根据客户的要求而选择。挤出机挤出机可根据用户原料情况特殊设计，HDPE/PVC 采用新型高效单螺杆挤出 机，PVC 采用大型平双或锥双挤出机成型机及模具成型机及机头精度高，模块互换性好，模块冷却方式有风冷和水冷 两种，可实现在线扩口，确保成型管材的各项性能指标，优质的白钢刃无屑切割机具有优图 1-1 PVC 管材生产线异的切割精度。整条生产线采用西门子人机界面控制系统，具有很高的自控功能。1.2.2 塑料管材生产过程此次塑料管材的材料选用 HDPE/PVC 属于热塑性聚合物。这类聚合物具有线型分子结 构，加热时可以熔融，冷却后又凝固成型，再加热可再熔融且不改变材料的基本结构和性 能自动上料干燥机进行吞料处理将 HDPE，PP,PVC 等塑料颗粒料输送到达挤出机，经过 加热圈的加热，熔融状态下的塑料通过旋转的挤出机螺杆进入管材模具（配有水套）流入 到成型机，在成型机内进行冷却、抽真空的同步处理，接着由配套的牵引机将冷却成型的 管材匀速拉出来，最后根据实际所需的管材长度进行切割处理 。1.3 PVC 管材生产线特点PVC 管材生产线是专门为生产 PVC 管材而设计的，主要包括锥形双螺杆挤出机、PVC管材模具、真空定径水箱、喷淋冷却水箱、牵引机、切割机和翻转台。锥形双螺杆挤出机先进的独特的设计理念保证了 PVC 料的高效挤出，结合了塑化理 念的、独特的螺杆设计能够保证原料的塑化均匀、高产量挤出。先进的控制系统为设备稳 定运行提供了保障。PVC 挤出模具 创新的螺旋分流结构避免了大口径管材表面的分流痕，具有理想停留 时间的截面结构可以使熔融料充满整个横截面，使原料在温度可控制下进一步均匀分布融 化，这保证了 PVC 产品的显著特性。真空定径水箱 主要材质为不锈钢，对于大口径的管材要配备两级真空，精确的水位、水温自动控制系统，先进地循环过滤系统。喷淋冷却水箱 特殊的喷淋设计保证管材冷却速度快、效果好，精确的水位、水温自动控制系统，先进的循环过滤系统和阀门等元件，不锈钢材质增强了设备的视觉效果。牵引机 独立的速度节、灵活的牵引方式和高可靠的传动系统保证了管材的高效、高 质量正常挤出。特殊的整体传动系统避免了独立传动的不同步性，先进的四杆传动结构使 牵引机的四条履带定位于中心，精确的压力调节系统可以牵引力得到灵活地调节。切割机 切割机的全液压设计保证了切割时灵活的压力，锯片位置与切割深度的灵活 调节。独特的功率输入系统保证了行星切割的可靠性。低噪音强力吸屑系统和独特的无屑 切割装置能保证无屑切割，具有自动角斜切功能。1.4 设计方案的选择比较经过反复调研，查阅相关资料，我们根据塑料管材切割机工况要求，提出了以下三种方案方案一直接运用步进电动机和带传动来实现滑架的往复运动，通过步进电动机的正反转程序控制往返运动，用单片机控制驱动电路来设置相关的运动参数。
方案二运用步进电机和齿轮齿条来实现滑架的往返运动，通过步进电机的正反转，齿条固定在滑架上，利用齿轮齿条间的传动来实现往返运动。方案三运用普通电动机，带传动。通过电动机可以获得运动需要的动力，带传动机构提供相应的速度和节奏，实现不同的速比，节奏，步长以及滑架的运动轨迹。经过可行性调研，我们发现方案三是合理的，也是最有实际意义的，同时，经济性也 能很好的实现，方案一中步进电机的功率和工况要求中的中度冲击问题对步进电机的影响 不能很好的解决，而且步进电机拥有一个很明显的优点，就是它能够精确的正反转功能，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，在非超载的情况 下电机的转速，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积误差等特点，使得在速度控制领域用步进电机来控制变的非常 简单，而且低速精度高。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常 规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好 步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。方案二也存在 类似的问题，而方案三都能很好的实现，而且普通电动机容易选择，带传动机构，结构可 靠，稳定性高,可以允许有一定的冲击，故此方案较合理。在整个设计过程中，带传动机构和切割系统的设计和分析应是本课题的重点，运用机 械设计和机械原理的相关内容来设计，设计的主要内容应包括切割机的切割机构和夹紧和传动系统的运动.本课题的难点是带传动的运动分析和移动机构动力分析以及各连接轴的 计算设计。1.5 设计方案综述无屑切割机是一种基于优质白钢刀片的高速进给切割,用于塑料管材的定长切割，电 动机通过带传动装置，驱动移动盘和筒轴在切屑机构架中旋转,同时调节汽缸的压力,推动 工作台移动.塑料管材在被切割过程中，机架上的移动台可以沿着管材挤出方向移动，并 保持与管材的同步进给速度。在切割机的前部和后部装有托轮装置，托轮起到支撑和导向 的作用，针对不同管径时要予以调节。当翻料架上的行程开关或编码器发出切割信号后，机器夹紧装置上的夹紧控制装置夹牢管材，使管材在切割过程中相对固定，夹紧装置为夹 紧块哈夫夹紧，在切割不同规格的管材时，调换相对应的哈夫块.设计的意义塑料管材切割机在自动化流水线上的充分运用能提高工厂的生产率，减轻工人的劳动强度，为实现车间无人化提供了可靠的条件。
设计的主要目的培养我们综合应用所学基本知识和基本技能去分析和解决专业范围内的一般工程技术问题的能力，培养我们建立正确的设计思想、掌握工程设计的一般程序、规范和方法，培养我们收集和查阅资料和运用资料的能力。通过毕业设计，进一步巩固、扩大和深化我们所学的基本理论、基本知识和基本技能，提高我们设计、计算、制图、编 写技术文件，正确使用技术资料、标准手册等工具书的独立工作能力。通过毕业设计，培 养我们严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作风，树立正确的生产观、经济观和全局观，从而实现我们向工程技术人员的过度，同时学会调查、研究、收集技术资料的方法。2.1 V 带机构设计2.1.1 V 带的选择2 带传动机构设计V 带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽。传动时，V 带只和轮槽的两个侧面接触，即以两侧面为工作面。根据槽面摩擦的原理，在同样的张紧力下，V 带传动较 平带传动能产生更大的摩擦力。这是 V 带传动的最大性能上的优点。再加上 V 带传动允许 的传动比较大，结构紧凑，以及 V 带多已经标准化并大量生产等优点，因而结合多种元素，本次设计，本人选择 V 带。1、为了保证 V 带与带轮轮齿的正确啮合和良好接触，必须满足带轮沿节圆度量的周 节必须与 V 带的周节相等，或者带与带轮的模数相等，当 m2 时，带轮的齿槽角应与 V 带 的齿形角相等。2、为了防止工作时 V 的脱落，一般在小带轮两边装有挡边。当带轮轴垂直安装时，两轮一般都需有挡边，或至少主动轮的两侧和从动轮的下侧装有挡边。3、V 带传动设计计算时应保证 V 带有足够的强度，以承受张紧力，预紧力，离心力，圆周力不发生失效。4、V 带的强度计算主要应该限制作用在 V 带单位宽度上的拉力，以保证一定的使 用寿命。带传动是两个式多个带轮之间用带作为挠性拉拽零件的传动。工作时借助零件之间的摩擦（或啮合）来传递动力或运动。2.1.2 带传动的分类（根据截面形状不同）和性能比较可分为平带运动 V 带运动 同步带传动 多楔带传动 见表 2-1表 2-1 带传动分类分类优点缺点平带传动柔性结构简单,柔性好,V 带传动结构简单,好,摩擦力大,传动的功高速时跳动性较大，传动不稳定。同步带传动柔性结构简单,柔性好,多楔带传动结构简单,好,摩擦力大,传动的功带传动的工作情况系数可以 由表 2-2 查出表 2-2 V 带传动的工作情况系数 KA载荷变化情况瞬时锋值载荷定工作载荷每天工作小时数/h1010-1616平稳1.201.401.50小1501.401.601.70较大150-2501.601.701.85很大250-4001.701.852.002.2 V 带传动的设计计算结合所学课程知识知道,带传动的主要实效形式是打滑和疲劳破坏.因此带传动的设计基准应该是在保证带传动不打滑的情况下,具有一定的疲劳强度和寿命.参阅机械设计可知,带打滑时的有效拉力 见式（2.1）F lc F11e fvs1 A11e fv再由带的最大应力可知ssss式（2.2）结合（2.1）和（2.2）得max1b1cV 带的疲劳强度条件为s maxs1 s b1 s cs s1 s1s s b1 s c式（2.3）式中 s为在一定条件下，由带的疲劳强度所决定的许用应力。将式 2 2 代入 2 1 ，则得s 1ss A1 f 式 （2.4）Fecb1ce v将式2-4代入式PFe （v1000带所传递的功率），可得出单根 V 带所允许传递的功率为（s Ps b1s c11e fv Av式（2.5）01000由实验得出，在10 10 次循环应力下，V带的许用应力为CL89s 11.1 d 3600 jLh v 根据所选电动机型号可有以下计算过程电动机型号为 Y1124 额定功率为 P3.2KW 转速 n1440r/min 传动比 i2.8一天工作时间 10 小时。ca1确定计算功率 P由 机械设计P151 表 8-6 查得工作情况系数 k A1.2，故2.选取窄 V 带带型P ca K A P1.2 X 3.2KW3.84KW根据 P ca ，n1 由机械设计P152 表 8-9 确定选用 SPZ 型。3.确定带轮基准直径查表 P145 和 P153 可得主动轮的基准直径 dd171mm.根据式in1n2dd 2 ，从 动轮的基准直径 d dd 1d 2 .dd 2 .idd 12.8 71 198.8 mm根据 机械设计表 8-7 可知，取 d验算带的速度d 2 .200mm.vp dd1n1 p 71 1440 m / s5.351m / s 35m/s60 1000 60 1000带的速度是可以符合要求。4.确定窄 V 带的基准长度和传动中心距根据 0.7d d a2d d,初步确定中心距a400 mm.式（ 2.6）d 1d 20d 1d 20d根据 L2a0pdd 2dd 1dd 2dd 122计算带的基准长度2 4a0Ld2a0pdd 2dd 1dd 2dd 12 4a02 400p200 71200 712mm1235.87mm2 4 400由表 8-2 可以查得，选带的基准长度 Ld1250mm.a a LdLd 计算实际的中心距又因为 02La a Ld d1250 123602 400mm 407mm25.验算主动轮上的包角 1 ,见式（2.7）oo1由式 180od p 2d p1180p180odd 2dd 157.5式（2.7）180odd 2add157.5o180o200 7140757.5o161.78o120o则主动轮上 的包角是符合要求的。6.计算 V 带的根数 Z,见式（2.8）z pcap0 p0K K L式 2.8n11440r / min,d d 1P 0P071mm,i1.25KW0.22KW2.8,查表8 5c和8 5d 得表 2-3 包角系数 K小带轮包角/（ o ）K小带轮包角/（ o ）K18011450.911750.991400.891700.981350.881650.961300.861600.951250.84续表 2-3小带轮包角/（ o ）K小带轮包角/（ o ）K1550.931200.821500.92查表 2-3 得到 K0.95 ，查表 8-2 得到 KL0.96 ，则z取 Z2 根。3.2 1.351.25 0.22 0.95 0.94Pca2.5 27.计算预紧力F0 500 vz K 1 qv式（2.9）查 机械设计 表 8-4 得 q0.07kg/m,故Pca2.5 2F 0 500 vz K1 qvF 0 5003.2 2.5