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基于SolidWorks手动切割机的改进设计及运动分析

发表时间: 2017/8/30 作者: 刘萍萍*张松*宋端猛 来源: 互联网
针对市场上手动型材切割机无制动装置的问题,文中运用SolidWorks软件对切割机进行了结构改进设计和建模,增加刹车装置,使其能快速制动。干涉检查和运动分析表明,切割机能够达到厚度不一、角度不同型材的切割和快速制动要求。
 

    0 引言

    随着我国经济的快速发展,建筑业和制造业规模不断扩大,金属加工、电器安装、设备维修等施建部门对角钢、槽钢、工字钢等金属型材的切割需求量不断增加,手动或半自动切割方式由于切割机结构简单、操作方便、成本低而在大部分的中小型金属型材加工企业得到越来越广泛的使用。但目前市场上大部分的手动切割机都是靠电机的惯性制动,切片在电机的带动下慢慢停止转动,效率低下,且容易伤到人。

    SolidWorks软件是Windows平台下第一款三维机械CAD软件,为设计师提供了简易方便的工作界面,其首创的特征管理,能够将设计过程的每一步记录下来,并形成特征管理树,可以提供不同的设计方案,减少设计过程中的错误,提高产品质量,是一款易学易用的设计软件。

    本文针对市场上的通用型号切割机存在的制动缓慢、容易造成操作人员割伤的缺陷,在综合分析某型号手动切割机结构的基础上,运用SolidWorks软件对其进行结构改进设计,实现切割机快速制动,并进行运动分析验证。

    1 型材手动切割机的结构设计

    根据中小型切割要求,设计切割机可切割型材尺寸范围为1000mmx500mmx50mm,设计其结构包含动力装置、定位调节装置、进给装置、刹车装置,如图1 所示。动力装置主要由电机和锯片组成,实现提供动力源功能。定位调节装置由手柄、调节螺杆、定位板和角度板组成,实现确定被切割型材切割位置的功能,进给装置由手柄、锯片、压缩弹簧组成,实现切割进给的功能。刹车装置由刹片把、刹片、把手和刹线组成,实现切割机快速、安全制动的功能。

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    图1 切割机结构设计框架图

    参照某品牌型号样机,利用三坐标测量工具测出主要零件的关键尺寸,运用SolidW orks建模模块对零件进行逐一建模和设计,设计的切割机主要零件如图2所示。

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    2 型材手动切割机的装配

    2.1 三维装配

    虚拟装配是运用三维软件完成三维实体模型的最终步骤,是将零部件按照特定的配合关系组装成整体并能满足设计功能的过程。SolidWorks提供了自上而下和自下而上两种方式,自上而下装配是根据装配体去设计零件,各零件需要完全配合,自下而上装配是完成零件后去组装装配体,各零件间的尺寸配合无关联性。本文选择自下而上装配方式。

    以定位调节装置中的定位底座为装配基准,在SolidWorks装配模块中依次插入切割机各零件,选择对应的点线面基准或者特征,添加重合、对齐、同轴心等配合关系进行装配,完成后的装配模型如图3所示。

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    2.2 干涉检查

    干涉检查能够发现设计的零件在装配体中存在问题的部分,然后根据装配体的结构和零部件的干涉情况修改零件原模型,尽可能将设计错误消除在加工前,降低产品制造成本。运用SolidWorks【干涉检查】分析切割机各零部件之间静态的干涉关系,根据提示的干涉位置修改设计参数,直至切割机完全无干涉,如图4所示。

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    图4 切割机静态干涉检查

    3 切割机运动分析

    3.1 动力装置

    切割机动力源由动力装置提供,锯片直接安装在电机轴上,电机通电后,锯片随电机轴一起高速旋转,进行型材的切割。

    3.2 定位调节装置

    设计的切割机定位调节装置如图5所示,通过手柄1顺时针或者逆时针转动螺杆3来调节定位板4的前进或者后退,实现不同厚度型材的定位夹紧;角度板5通过螺栓连接固定安装在底座6上,转动角度板5到不同的位置,实现型材切割角度的调整。

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    3.3 进给装置

    进给装置是使锯片实现Z 方向的切割,压下装在机罩3上的切割手柄1,机罩与电机组件3 的转轴连接,转轴上装有压缩弹簧,压缩弹簧与锯片4 连接,压力经机罩传给压缩弹簧后传给锯片,推动锯片4 进行垂直移动,实现进给切割,当手松开时,压缩弹簧恢复原来的长度将机罩弹回初始位置,如图6。

    3.4 刹车装置

    如图7所示,刹车装置为切割机重点设计机构,利用自行车刹车原理,其结构包括刹车线1、刹车把手2、刹片把手3、刹片4等,刹车把手2 固定在切割手柄上,与电机开关按钮距离一只手掌,在关闭电机开关后用手掌压下刹车把手2,把手2通过刹车线1 使刹片4开合,实现对锯片的抱紧或者松开,从而能够使切割机快速制动。

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    4 结论

    应用SolidWorks软件对型材手动切割机进行改进设计,使各组成结构造型形象化、可视化,运动分析可以辅助设计人员优化设计结果,为进一步工程分析计算提供了极大便利,同时有效地降低了产品设计成本。



责任编辑:郝秋红