全自动送料切料机的设计
Design of Auto Feeding and cutting Machine

摘 要：本文介绍以PIC16C57单片机为控制单元的全自动送料切料机的工作原理。对该机关键性零件如气动电磁阀，步进电机、放卷电机等的选择，及合金刀具的制选工艺进行了详细分析和讲解。提供了整机技术参数，特别是铁氟龙套管的实用加工方法。
关键词: PIC16C57 两相混合式步进电机 气动电磁阀 合金刀具 减速电机 假压杆

1前言
铁氟龙套管虽然价格比较贵，但其具有耐高温，耐腐蚀等特性，被广泛地应用于航空、航天、化工、电热、电子变压器、通讯等高科技工业。但其无弹性恢复性，所以不可压伤。传统压杆式送料切料机无法加工，而且调试不方便。其加工一直困扰着电子变压器生产厂家。一般工厂使用剪刀或刀片靠人工定长切断。生产效率低下，材料长度和生产数量难以准确控制，容易形成材料和劳动力浪费。
少数生产厂家引进国外的自动切料机，其设计一般采用微电脑控制，步进电机定长送料，曲柄滑块机构带动刀具作切断。其设计主要是针对热缩套管等有弹性恢复性非金属和薄类金属材料设计的，无法加工铁氟龙套管。且对国内生产厂家使用的10~15kg屏蔽铜带，步进电机送料会因力矩不足而产生失步现象，引起送料长度不准。所以即使购买了进口送料切料机，多数时间仍作装饰品，价值不菲的进口的设备没有引起众多劳动密集型电子变压器厂家重视，一般仍用传统的手动或剪刀加工。
为了克服大卷铜带步进电机失步现象，可采用交流伺服系统，但成本会增加，体积也会增大，所以仍采用两相混合式步进电机，为增加送料力矩，单位脉冲由原来1.0mm改为0.1mm，主动轮一周被等分为2000等份，同时配有自动放卷架，放卷电机由被加工物料的位置感应器控制，保证步进电机不失步。为了能加工铁氟龙套管，必须拆除机械式压杆机构，在电路上实现假压杆功能，控制切断动作在极短时间内完成，所以把曲柄滑块式机构更改成气动切断机构，减小铁氟龙套管切口管口变形量。

2关键性零件
关键零件选择和加工十分重要，因为它们直接影响到整机性能，使用寿命和可靠性。
2.1气动零件的选择
以一般300~800人电子变压器生产厂家每天的套管与铜箔加工量在20，000pcs左右，每年以300天计算，则一年要加工6，000，000pcs。
气缸的耐久性一般为3000km，选用25mm行程气缸其使用寿命为：
3，000，000/（25×0.001×2）=60，000，000次，气缸寿命在十年左右，所以气缸一般不存在问题。
普通电磁阀寿命为10，000，000次，寿命在1年左右，为解决维修电磁阀问题，本机选用SMC公司的SY5120气动电磁阀，其主要规格参数如下：

其性能指标完全满足设计要求
2.2刀具的选择
刀具同样十分重要，在设计过程中经反复试验和客户使用情况的反馈信息，最终采用日本进口特种合金钢，下好料后，钻好安装孔（为减少刀具的几何变形，上、下刀具在120mm上采用四个安装孔，厚度8mm）。先预热700oC~750oC，再加热到1000oC在油中淬硬，再回火到200oC二次完成。上刀刃为求锋利，设计为28o，下刀刃为有一定强度和送料方便设计为35o，线割好上下刀刃及刀具外轮廓，再在磨床上反复磨削。注意：为减少刀具的变形，进刀量每次控制在0.005mm左右，走刀方向与刀具成45o，完成好磨削加工再用油石轻轻修整上下刀刃的毛刺，上好机油即完成。
2.3放卷电机的选择
放卷电机由位置感应器控制，工作在点动状态，每天点动接近万次，点动时起动电流较大，固选择用进口高品质减速电机（功率25W，降速比1/15，AC220V）经两年多的运行一切正常。
2.4步进电机的选择
步进电机选择直接影响送料长度的精度、其带载能力、最大运行频率、响应速度、旋转分辨、率工作时温升诸多重要参数和整机的性能有关。所以选择 SANYO DENKI公司的TYDE103H8221-5141步进电机，其工作参数加下：


3主控制原理及整机工作示意框图
MICROCHIP公司PIC16C57单片机系统时钟频率12MHz，双向I/0口RB5-RB7，RCO-RC7至显示和键盘电路，驱动7位LED数码管，I/0口RB4，RB3，RB1，RB0，RA2，VDD至步进电机驱动板与气动电磁阀。实际仅使用脉冲plus，使能EN和电磁场阀信号Jump其余为备用。（详细请参照附图所示）。

4．1整机主要技术参数
该机因采用气动元件，切断时间极短确保切口质量，气缸行程加切断时间一共0.2s已足够，比一般曲柄滑块机构要快几倍。主动轮一周被分割成2000等份，可补偿设置材料厚度不同而引起的长度误差，其精度已超过国内外同类产品。主要技术参数如下：

4．2使用注意事项
尽管该机在放好卷后可以实现无人作业，且合金刀具进出料口有防护罩均不易直接接触，但气动系统在0.5MPa的大气压下可产生35~50kg的冲击力，因此在机器工作时请不要做任何调节或其它危险动作。如果要调节或做其它动作请先确认已关闭电源和气源，确保安全生产。

5结束语


该机采用Microchip公司的PIC系列单片机，外围器件少，占用空间小，整个控制系统仅有120pcs电子元件，SMC气动元件寿命长，可靠性高，噪声小。整机采用无触点设计，近乎零故障。控制方便，操作简单，仅需设定长度、速度、产量、电磁阀得电时间四个参数。经过两年来多家厂家使用，反应良好。各项性能指示完全满足设计要求，切断精度、生产效率均已达到国内外领先水平。特别是独特假压杆设计，解决了铁氟龙套管加工难题。广泛应用于电子变压器、电容器、音圈、服装等行业。