柔性绳线定长高速切割机设计

张雨欣 张思博 徐新 董理 杨亚楠

摘 要：在诸多生产环节中，常需要大批量具有某一固定长度的绳线，用于各种使用场合。目前常采用人工割断的方式，存在割断长度误差较高、耗费人工等问题。因此，设计一台能够进行柔性绳线定长高速切断的专用设备是十分必要的。本文采用气缸作为牵引系统，设计了可用于多根柔性绳线同时定长高速切割的机电传动系统，主要包括绳线放置导向机构、收束捆扎机构、牵引机构与切割机构。其次，基于西门子smart 200 PLC与MCGS触摸屏构建了机器的控制系统。本文设计的定长绳线高速切断机具有高效、精确、便捷的特点，能够在生产过程中较大程度上提高生产的效率，节约人工的成本，避免人工的浪费。

关键词：定长绳线;切割;高速;机器

传统的手动切割绳线的方法已经很难满足日益加快的生产需求。人工切割绳线的工作效率较低，目前，很多生产环节需要对绳线进行大批量化高精度定长切断，在定长切断传统工作过程中是人工进行测量，测量后再进行切割，如此操作工序十分烦琐，并且生产出来的绳线的长度精度较低。基于此种情况，需要设计出一种高效、精确、便捷地用于柔性绳线定长切断的专用机器。

工程技术人员已经对切割机进行了部分设计研究，王月明[1]研制的聚酯线绳切割机与传统的制作方式相比不仅可以减轻人工消耗，还能提高生产良品率，大幅度提高产品生产速度，并且原料损失也相对较少;但是该机器只能用于切割聚酯线绳，无法用于切割柔性线绳。陈晓明等[2]设计的皮带切割机以及郑晓[3]设计的皮带切割机分别用于切割块状皮革和环状皮革，该类切割机极大地减轻了人工的劳动强度和降低了成本，提高了切割的工作效率。李乐[4]探讨了管材定长切割的问题进行，确定了切割系统的基本结构：切割装置，定位测量装置、水循环系统，通过放置支架，限位孔以及刻度线等实现了管材的定长精确切断。张清林等[5]开发了一种可调节的多功能水切割工作台，能够实现工作台的自由升降、倾斜，提高了水切割机的加工范围及加工能力。袁俊华[6]研究了钢绞线穿束机的现状，介绍了市场对钢绞线穿束机定长盲割的需求。王成军[7]则针对双锚索切割机位置控制存在的问题，提出了优化方案。张强和陈再良[8]则针对多线切割设备中导轮定位的角接触关节轴承在径向力下磨损而导致定位精度下降影响切割的问题，设计了特制的锥形轴套来替代普通的关节轴承，降低了磨损的程度，提高了导轮的定位精度。俞国强[9]设计的定量全自动绳线切断机包括主体支架、导向滑轮、移动切断机构和长度计数装置，绳线通过导向滑轮后固定在移动切断机构上，所述的移动切断装置包括固定装置和切刀，且固定装置置于切刀朝向导向滑轮的一侧，所述的长度计数装置为感应移动切断装置在主体支架上滑行的距离和次数的感应计数器。通过移动切断装置实现里对绳线的定长切割，来实现绳线的定量全自动切断。

综上所述，对于柔性绳线的批量化高速定长切割，并在切割过程中实现绳线自动捆绑的自动化切割专机还没有明确涉及，因此，本文介绍了一款能实现上述功能的专用机器。

1 设计内容

本文设计的绳线高速切断机，主要是用于定长切断机切割各种柔性绳线，同时要兼顾高效、精确、便捷的要求。由于现有的绳线切断机都没有自动捆扎的功能，所以该切割机的机械结构设计思路是将数根绳线从上至下穿过收束机构后用胶带机进行固定，然后通过牵引机构牵引至切刀机构进行定长切割。所以该切断机的机械结构由绳线放置导向装置、收束捆扎装置、牵引装置、切割装置三部分组成。该切断机的机械主体结构框架如图1所示。

该切断专机的主体组成部分及其作用如下：

（1）绳线放置导向机构：该机构负责放置绳线，导向绳线至收束捆扎机构。本切割机拟同时切割十条绳线，设计了十个绳线卷筒，卷筒通过瓦片式气胀轴与固定装置相连接。每个绳线卷筒两侧有两个螺栓，用于调节瓦片式气胀轴与固定装置指节的阻尼，从而保证绳线在切割过程中是绷直的状态。十个绳线卷筒中的八个成圆形排列，需要导向装置;而位于中间位置的兩个绳线卷筒可直接让绳线穿过后续的收束捆扎、牵引等机构，所以无须设置导向装置。设计了L形的导向架将八根绳线汇聚至一处，导向架的弯曲处和末尾分别设有两个导线滚轮，绳线依次穿过两个导向滚轮后可汇至一处。

（2）收束捆扎机构：收束捆扎机构分为固定装置和胶带机捆扎装置两部分。固定装置用于捆扎时进行固定，使捆扎得更为牢固;胶带机用于捆扎加工的绳线，防止绳线在切割的过程中散开，便于生产中的后续使用。固定机构采用气胀圈装置，气胀圈由气动系统控制。捆扎机构采用齿轮驱动的方式。将胶带机固定于大齿轮盘上，由步进电机驱动小齿轮从而带动齿轮盘旋转，使胶带机绕绳线旋转，将绳线捆扎起来。固定机构上下各设有一个由齿轮驱动的胶带机。在收束捆扎机构工作时，气胀圈先充气将绳线收束固定，由步进电机驱动小齿轮从而带动齿轮盘旋转，使胶带机绕绳线旋转，将绳线捆扎起来;最后气胀圈排气松开捆扎好的绳线，由牵引装置牵引至切割机构进行下一步操作。

（3）牵引机构：该部分首先固定绳线，然后由运动装置带动绳线移动，以此将绳线运送至切割机构。绳线牵引机构分为运动装置和收束固定装置，仍使用气动系统。牵引机构的运动装置是两个气缸，气缸通过活塞杆与收束固定装置连接。绳线牵引机构工作时，由收束固定装置固定绳线，气缸推动收束固定装置向下牵引绳线，然后收束固定装置松开，气缸返回原位，如此往复牵引绳线向下运动。

（4）切割机构：该部分负责绳线的切割，通过PLC控制，来切割预定的绳线长度。绳线切割机构仍然选用气动装置推动。使用气缸向内推动两个V形的刀片对绳线进行切割。在切刀机构的正下方，设有收束固定装置，在切刀切割时固定绳线，使切割过程更加稳定，切割的横截面更加平整。

本切割机决定采用从上至下的方式来定量切割绳线，绳线依次通过捆扎机构，牵引机构，切割机构。切割机的整体结构图如图2所示。