薄壁不锈钢管切管机切割的设计要求及思路构想

  针对薄壁不锈钢管切管机切割过程中存在的问题，我们要在降低设备成本、提高设备稳定性和增加自动化程度的基础上对切管机存在的问题进行解决，从而使切管机更加满足设计要求。首先，切管机的切割速度可调，实现无级调速和无级进给，从而根据不同的薄壁不锈钢管使用不同的切割速度，降低切割过程中的加工硬化，提高切管机的切割精度；其次，在切割的过程中尽量降低切屑量，做到无屑和少屑的目的，从而提高切削面的平滑度，避免二次加工；再次，使用较为合理的夹紧装置，降低钢管的夹紧变形量，提高切管机的切削精度；最后，优化切管机的机械结构，从而提高切管机的切割稳定性，降低切管机的切割噪声和震动幅度及频率，增大切管机的适用范围，增加切管机的自动化程度。

  如图为一种行星式薄壁不锈钢管切管机的切割示意图，图中的两把对称的刀具，首先钢管通过夹具固定不动，两个电机带动两把刀具进行旋转，旋转的方向相同，完成刀具的主切削运动，其次通过第三个伺服电机带动两把刀具沿着方向移动，使刀具向钢管移动，对钢管进行切割，最后当刀具对钢管切穿以后再通过第四个伺服电机带动刀具沿着方向绕着钢管做周向运动且旋转180°，从而对钢管进行完全切割，完成一个切割流程。从这种方案中可以看出，刀具的运动是一种行星式的运动，这种切割方式中刀具的自转、公转、进给等三个动作彼此独立完成，虽然能够达到设计要求，但是由于带动刀具自转的电机存在绕线问题，因此，当切割完成后需要通过第四个电机反转，使刀具和电机恢复到初始位置。这种切割方式虽然能够使切削过程中的切削力相互抵消，但使用的电机数量较多，并且需要刀具恢复到初始位置，因此也存在着设备成本较高，切削效率较低的问题。基于此种行星式的切割方式，本文提出了一种行星式双刀对称偏心安装间歇式切削的切削方式，在此基础上设计出了一种间歇式切削的薄壁不锈钢管切管机，切管机的刀具安装在行星齿轮上，通过行星齿轮的转动带动刀具进行旋转，完成刀具的自转和公转，从而对钢管进行间歇切割，虽然每把刀具对钢管进行间歇式切割，但是由于两把刀具相互弥补，因此最终完成连续切割的效果。

  本文参考了大量国内外先进切管机的设计风格，并且吸取了其优点部分，在对薄壁不锈钢管设计要求的基础上，打破常规的切割方式，以图行星式切管机的切割示意图为基础，提出了两种切削方式的设计方案，这两种设计方案不但更容易实现切管机的自动化，而且切管机的可靠性也相对较高，综合性能较好，并且通过机械结构降低了电机的使用数量。其切割的示意图如图所示，本文将着重对切管机的机械部分做出介绍。图为行星式双刀对称偏心安装间歇式切削的切削方案，钢管通过切管机的夹具固定不动，刀具偏心安装在行星齿轮上。首先伺服电机通过蜗杆带动太阳轮转动，从而带动行星齿轮绕着轨迹完成公转和自转。其次刀具在行星齿轮上刚性连接，最终也完成了自转和公转，由于刀具偏心安装在行星齿轮上，因此当刀具运动到最低点时可以对钢管进行切割，当刀具运动到最高点时刀具远离钢管，从而使每一把刀具对钢管进行间歇切割，由于是两把刀具对钢管进行切割，因此可以彼此互补，从而最终达到连续切割的效果。只是传动方案存在着一定的差异，方案一是通过电机带动蜗杆进行传动，方案二则是通过电机带动齿轮进行传动，因此只是传动方式的不同，其它方面的设计和参数相同，因此对这两种设计方案的比较只需要从制造零件工艺的复杂程度和装配的复杂程度上来比较。

  通过对两种切割方案的介绍，可以对它们的切割方案进行比较，从而得出最符合设计要求的切割方案。首先切割方案一和切割方案二都是通过一个主电机带动两把刀具，从而对钢管进行切割，它不但需要主电机快速的响应和停止，而且需要主电机对刀具进行精准的定位，因此对主电机的要求较高，但是这种切割方式提高了切割的效率，达到了设计的要求。案一和方案二相比，前者是通过蜗轮蜗杆进行传动，后者则是直接通过齿轮配合进行传动。从机械结构的角度来看，蜗轮蜗杆的设计需要传动电机与切割薄壁不锈钢管保持垂直，从而使设备的左右方向或者上下方向尺寸较大，而齿轮之间的配合则是传动电机平行于钢管，因此整体的尺寸较小。从工艺的角度来看，齿轮之间的配合要比蜗轮蜗杆的配合简单，并且制造成本较低，更容易实现刀具的精准定位。综上所述，本设计选用切割方案二，这种设计方案不但提高了刀具的使用效率，避免了刀具之间的干涉，而且也使得薄壁不锈钢管切管机的结构更为紧凑，实现了同等条件下的效益最大化。