方形纸筒切管机设计学士学士学位论文.docx

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方形纸筒切管机设计学士学士学位论文

学士学位论文

题目：

方形纸筒切管机设计

摘要

方形纸管切割属于一个新的课题，目前国内尚无类似设备，也未见关于此类设备的论著，本课题研究的目的在于提供一种操作简便、高效率、高精度、成本低的方形纸筒切管机。

本产品可以通过更换仿形凸轮的方式实现对多种规格方形纸管的仿形切割，更换凸轮快速、方便，针对不同规格纸管，使用对应规格的仿形凸轮，使切刀随纸管的转动同步进退，确保切刀对纸管圆周各处切割均匀；该产品具备一副对切刀架，有两把相对的切刀同时对纸管进行切割，可以使纸管的芯轴所受的径向力始终保持平衡而不致于弯曲，切刀的进给与返回采用气缸作为动力源，动作可靠、灵活。

关键词：

方形纸管；仿形凸轮；对切刀架；气缸；芯轴

Abcstract

Squarepapertubecuttingbelongstoanewproblem.Atpresent,there’snosimilarityequipmentortreatiseinourcountry.Thepurposetostudythisproblemistoaffordacheappapertubemachine.Itiseasytohandleandefficiencyandprecision.

Thiskindofmachinecancutvariouskindsofpapertubebyreplacewithmodelcam.Andthisworkiseasyandfast.Accordingtothedifferentspecificationspapertube,Youcanusecorrespondingmodelingcam,Thepapertubeandtheknivesrunin-phase,Inordertocutthepapertubetoequality.Thismanufacturehaveadoublekniferest,whenthemachineworks,thispairofknivescutthepapertubeatthesametime.Itcanmaketheaxesofpapertubecameunderbalanceablestrength,andcann’tbeinbend.Thepowerofknives’advanceandbacktrackiscylinder,credibilityandagility.

Keywords:

QuadratePaperTube；ModelCam；DoubleKnifeRest；Cylinder；Spindle

第1章绪论

1.1课题背景

人类在科学领域的发展下，特别是17世纪的产业革命以来，在自然与经济改造发展方面取得了巨大的成就，但是全球发展迅速的经济文明中也存在着不文明的反面影响，由于处理措施在工业化过程中的不太恰当，尤其是开发利用自然资源的不合理，以及废气、废水、和废物在治理工业化过程中不被重视，所以产生了地球能源日益短缺、环境日趋恶化、资源的日益匮乏，使世界经济的可持续发展和地球的生态空间产生严重的危机。

因而，纸制品的优点就日益凸现出来。

1.1.1纸制品包装的特点的概述

1.1.1.1价格低廉、经济节约

纸和纸筒的生产成本低、易大批生产、来源广泛而且资源丰富。

相同的包装箱，用木材做成纸造成纸箱与用木材直接做成木箱相比，纸箱所用的木料只是木箱的1/3左右，因此木材和费用得到节约。

纸箱质轻，大约为木箱的15%左右，运输费用和包装成本可降低。

1.1.1.2防护性能好

与其他材料的包装器具相比，纸包装容器的抗震性能比较强。

纸箱结构没有缝隙能遮光防尘。

由于新工艺的采用和许多新品种的开发，纸箱在强度、挺度、防潮能力等方面可与木箱媲美。

1.1.1.3生产灵活性高

纸可以裁剪、折叠、又易钉、易粘，可以用于自动化生产和机械加工；还可以小规模地徒手生产，甚至非机械化生产。

1.1.1.4储运方便

纸容器特点：

捆扎和装载都简易易行且折叠灵活，也比较容易保管和搬运。

1.1.1.5易于造型和装潢

纸制品可根据商品的不同，设计制造出不同的盒型、箱型。

纸制品有比较好的吸收涂料和油墨的性能，印刷性能好，印出的字迹清楚，团明细显，坚固，美观，可很好发挥包装的促销的功能。

1.1.1.6不污染内装物

纸有清洁、无毒、无味的特点，纸箱可完全密封，所以不会使内装物受污染，纸还符合储存有呼吸作用的商品。

1.1.1.7回收利用性好

废纸可以回收再造，而且纸制品可以回收再利用因此对环境不产生污染。

所以纸制品包装是不污染环境的包装。

1.1.2纸包装的环境性能

现如今纸包装的用量很大，在一些现如今包装先进的国家中，纸包装大约占总包装量的一半以上，由此可见纸包装在包装行业有很重要的地位。

纸包装因为透气、无味、无毒、等优点，既能保持内包装的呼吸作用，还不污染内包装物，所以能达到良好的储存条件；并且纸包装容易回收利用，而且在自然状态下也能自然的分解，和其他包装相比不污染环境；纸原料不仅可以用树木还可以用植物的茎秆，所以从总体看来，纸包装有较好的环保性能，是一种不破坏环境的包装，是可持续发展的产业。

在今天世界越来越重视环境保护和使资源再生，纸包装因为容易降解，容易回收再生的特点，更加显示了纸的优点，伐木为纸，以纸代塑的产品包装相继涌现，包装上用纸的用量也越来越大。

纸筒是一类包装类用具,多用于茶叶的包装;在最近的几年里由于纸包装的环保价格低廉被市场广泛需求,纸包装被食品、化妆品等越来越多的行业所需要。

纸制品可以代替塑料制品和铁制品，是无污染无公害的绿色包装，广泛用于酒类、药品、食品、化工、茶叶等行业的产品包装，也是机油、油漆、图纸、种子、书画、胶片的最佳容器。

目前国内纸管制品的应用范围越来越广泛，应用量也越来越大，比如冶金、纺织以及其它一些行业等，均大量使用该产品。

所以

过去应用的纸管多数为圆形，其加工及切割技术已经较为成熟，圆纸管虽然加工简便，但在使用、储存及运输过程中均存在很多不便，而方形纸管在这些方面则有较大优势，因此，方形纸管日益受到人们的青睐。

方形纸管不是回转体，在加工难度上比圆形纸管大，纸管的切割是纸管加工过程中必不可少的工序之一，其生产效率、加工精度、生产成本以及自动化程度的高低都将对整个生产过程产生直接的影响。

根据调查显示，在中国和其他国家有很多生产圆形切管机设备的厂家，而且样式也有很多不同，但还没有专门制造方管的切管机，在需要切割方形纸筒的时候大都采用圆形纸筒切管机代替，所以，使用中存在很多问题，许多厂家也在努力的解决，但至今还没有研究出理想的产品。

1.2生产现状

1.2.1切深不均

1.工件（方纸管）在旋转时，刀具的移动相对滞后，使角部吃刀量比平面处大。

2.刀片对工件表面正压力随工件的转动呈周期性波动，在平面时正压力最小为F，在角部时正压力最大为F/cos45°。

3.推动刀片的弹簧为线性弹簧，在工件转动至角部时，弹簧的压缩量最大，其作用给工件的力也最大，转至平面位置时弹簧压缩量逐渐变小，其作用给工件的力也变小

1.2.2刀具和芯轴的使用寿命短

由于在切割过程中，刀具与芯轴始终受到周期波动的切削力作用，使刀具产生磨损不均匀现象。

并且在角部已经切断的情况下，平面处尚未切断，必须继续进行切割这样必然会对角部的芯轴产生破坏，并额外增加刀具的工作量，造成二者使用寿命过短。

1.2.3芯轴刚度不足

原有纸管切割机一般为单侧刀切割，使芯轴受到很大的径向力，当芯轴呈细长状时，显得刚度明显不足。

1.2.4生产效率低下

1、人工操作完成。

2、对小截面方形纸管每上料、卸料一次只能切割一段。

1.3解决方案

1.3.1切深不均的解决方案

方管切割与圆管切割主要的不同之处在于方管不是回转体，在回转运动时其与刀具接触点随角度变化而产生周期性的相对的径向移动，本设计采用了凸轮仿形结构，从而可以使工件回转时，刀具的同步进退，能有效解决切深不均问题以及刀具和芯轴使用寿命短问题。

仿形块与芯轴通过齿轮以2：

1的传动比联系在一起。

1.3.2刀具进给与返回

仿形块带动气缸在滑轨上来回滑动，气缸再带动刀具，气缸与刀具均由仿形块带动，靠气缸自身的伸缩实现刀具的进给与返回。

1.4各工艺过程的连锁动作

设有手自动转换，可实现手动与自动自由转换。

自动工作时，在装完毛料后，按下“启动”按钮，此后包括停止在内的所有动作均由机器自动完成。

工作过程如下：

将纸管套装在芯轴之上，按启动按钮，电机启动，工件开始旋转，同时电磁阀动作，汽缸通气，气缸带动刀具进给将道具压在纸管上，弹簧伸缩，使刀具对纸管的压力接近要求压力（此压力由纸管厚度及经验确定），到达要求压力后，开始切割，时间继电器到达调定的合适时间后（此时间根据试验及经验确定），电磁阀换向，气缸带动刀具返回原位，电机停止，手工卸料，一个工作循环完成。

在以上解决方案解决中，用凸轮机构解决切深不均的问题，并使刀具对纸管的压力恒定，同时缓解了刀具与芯轴的磨损情况，同时也实现了仿形的功能。

道具的进给用气缸控制，这样能实现道具频繁的换向和自动进给，而且还能用气缸保护刀具切割时的过载。

1.5立题意义

本课题的意义在于研究一种操作简单方便、生产成本低、高精度、高效率的方形纸筒切管机，这个题目的成功研制将会提高纸制品的生产效率、加工精度以及降低生产成本具有重要意义。

1.6本文主要内容

本文对方纸管的切割现状进行了分析，有针对性进行了功能元分解与设计，选用一些经济实用、同时对部分主要零部件进行了计算与校核，最后对本产品开发设计的社会与经济效益进行了分析，对设计进行了总结。

第2章设计说明

2.1概述

本产品由驱动系统、传动系统、横向行走机构、对切刀架总成、尾座总成、控制系统、机架等几部分组成，详见总装配图《纸筒切管机》。

本产品专门用于切割方形纸管（下称纸管），并能够通过更换仿形凸轮达到切割多种规格纸管的目的。

2.2功能元分解

2.2.1驱动系统

减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。

它的种类繁多，型号各异，不同种类有不同的用途。

减速器的种类繁多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器；按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥－圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。

以下是常用的减速机分类：

（1）摆线针轮是减速器

（2）硬齿面减速机

（3）圆柱齿轮减速机

（4）行星齿轮减速机

（5）三环减速机

（6）起重机减速机

（7）蜗杆减速机

（8）轴装式硬齿面减速机

（9）无级变速器

蜗轮蜗杆减速机的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。

但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。

谐波减速机的谐波传动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力的，体积不大、精度很高，但缺点是柔轮寿命有限、不耐冲击，刚性与金属件相比较差。

输入转速不能太高。

行星减速机其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大。

但价格略贵。

为了使切管机结构紧凑，在这里选择的驱动系统由电机及摆线针轮减速器组成，为传动机构中两根轴的转动提供动力源。

2.2.2传动系统

传动系统由变速器、纸管芯轴、仿形轴、仿形凸轮等组成，由于变速器的作用，使纸