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1、尚子超 蒙帅甫 吴海云 郑金荣 彭文利 （嘉兴学院机电工程学院 浙江 嘉兴314001）【摘 要 】在以各种管材为原料的产品生产过程中，管件切割的送料方式直接影响到切割的精度和生产效率，继而影响产品的质量和成本。目前管材切割的送料方式大都是人工操作，切割精度和效率低，劳动强度大。 根据管材自动切割的精度、效率、安全性和稳定性等方面的需求， 对自动送料装置的驱动、传动和控制方式等进行了设计。 通过步进电机和滚珠丝杠传动机构进行自动送料，气动驱动组合夹具进行不同数量和 截面形状管材的可调装夹，参照企业生产需求设计了机架，装置实现了管材切割送料的自动化。 【关 键 词 】管材；切割；自动送料Desi
2、gn of Automatic Feeding Device for Tube Cutting SHANG Zi-chao MENG Shuai-fu WU Hai-yun ZHENG Jin-rong PENG Wen-li（College of Electro-mechanics Engineering, Jiaxing University, Jiaxing Zhejiang, 314001,China ）【Abstract】In the production process which using a variety of tubes as raw materials, the way
3、 of feeding for tubes cutting will directly affects the accuracy and productivity, thereby affecting the quality and cost of the product. Currently the way of feeding for tubes cutting is mostly manual and labor -intensive. According to the requirement of tubing automatic cutting in the accuracy and
4、 efficiency, safety and stability, etc., the automatic feeding device driver, transmission and control methods have been designed. Through the stepper motor and ball screw driving mechanism for automatic feeding, Pneumatic drive modular fixture can clip of different sizes and shapes of tubes. The ra
5、ck has been designed according to the production needs, and each part have been calculated, checked and illustrated in detail. In a word, the automatic feeding device achieves mechanization and automation of the tube cutting.【Key words】Pipe；Cutting；Automatic feeding引 言驱动。 由于管件轴向运动需要停靠多个位置并且要求精度较高，所以
6、 选用直线步进电机驱动，而夹具的夹紧、放松驱动采用气动方式。0管材在各行业被大量使用，而下料工序是管材后续加工工序的基础，下料工序精度、效率的高低直接影响到产品质量的好坏及成本的 高低。 管子定长切割加工，主要是将管子切割成要求的长度。 目前的管件切割方式如果还处在手工送料、手工取件的方式，将远远满足不了 当今高速发展的机械、 造船、 军工、 石油化工、 能源、 车辆制造、 航 空航天等工业需要。 因此，实现切割送料自动化显的十分重要。 通过机 械传动或电气控制， 按一定的规律自行完成人们所要求一系列动作， 既可改善劳动条件、减轻工人劳动强度，确保生产安全，提高生产效率和产品质量 ， 而且还能
7、降低原材料消耗 ， 节省设备投资 ， 降 低 生 产 成 本。 实现管件切割的自动化，是提升管件切割效率 、提高切割精度和 保证切割安全的根本途径和措施。1-滚轴；2-滚轴固定座；3-柱销挡圈；4-减速器；5-轴承透盖；6-轴承座； 7-导轨；8-丝杆；9-移动夹具；10-螺母；11-固定夹具；12-定位板固定座；13- 定位板11.1设 计 要 求图 1自动送料装置俯视图 总体布置设计要求 工作过程的连续和流畅：切割效率高；切割精度高，稳定性强；适用于多种不同尺寸、外形的的管件切割；结构紧凑，层次分明；操作、维修、调整方便；寿命长，外形美观。 总体主要参数的确定 被切割管件的原长不 大 于
8、6m； 圆 管 直 径 范 围 1535mm； 矩 形 管 高200mm，宽35mm；管件最大切割长度为 2m；工作台主轴离地面 高度为 0.8m，额定负载 3kN。1.2图 2工 作 原 理 图轴向运动的传动机构设计和计算 本设计主要针对家具使用管材，管材的原长不大于 6m，最大切断 长度为 2m， 精度要求为0.1mm， 所以自动送料装置中轴向传动方式 采用滚珠丝杆传动。 根据计算与校核确定丝杆、螺母、导轨具体参数。3.2自动送料装置的总体设计及工作原理 如图 1 所示，该装置主要由机架、步进电机、滚珠丝杠传动副、移 动气动夹具、固定气动夹具、PLC 控制系统等组成。 切割管件前，先依 靠
9、定位板将多根管件一起放进夹具内并对齐。 确认放好管件后，通过 控制按钮启动装置进行自动切管工作。 切管时，移动气动夹具先将管 件夹紧，然后步进电机通过联轴器带动丝杆转动，从而使固定在螺母 上的移动夹具轴向运动。 并且由控制系统控制步进电机的转动，实现 管件各种长度的切割，精度误差为0.1mm。 将管件放置到夹具后， 该自动送料装置的工作原理如图 2 所示。 利用 PLC 控制系统对步进电机的转反转和夹具的夹紧、 放松进行控 制。 自动送料装置工作过程中的每个环节，都需要相应信号的输入、输 出，从而顺利完成整个工作过程。 其中 S1 表示管件切割长度。2夹具的设计和计算 所涉及的夹紧保持机构是针
10、对多种外形、尺寸的管形材料，如何 夹持取决于要求的力、被夹对象的几何形状和表面特性，选择机械式 夹紧原理的夹具。 自动送料装置中包括了一个移动的夹具和另一个固 定的夹具。 工作过程中，移动夹具往复的轴向运动，从而实现送料过 程。 所以，当其中一个夹具夹紧时，另一个夹具松开。如图 3 所示的夹具是针对于不同尺寸、外形专门设计的，采用气 动控制夹具。图 3（a）所示为不同尺寸的圆形管件，图 3（b）所示为不同 尺寸的矩形管件。 这种结构的夹具结构简单、夹紧原理明确、制造加工 方便、制造成本低、应用尺度范围宽、装夹数量多，适用于中、小夹紧力 的工作过程。 同时该夹具的底部采用滚轴来支撑管件，这样当夹
11、具松 开时，就可以实现管件和夹具沿轴向的相对移动了。3.3主要组成部分的设计计算 驱动的设计和计算 驱动方式多种多样，可以选择直线电动机驱动、使用电动机的机33.1 控制系统的选择自动送料装置的控制分为两部分：一是步进电机的控制；二是气 缸的控制。 在工作过程中需设置多点停靠和反复启动、（下转 第 83 页 ）3.4 械式驱动、往复磁铁驱动、液压驱动、气动等。 自动送料装置的驱动有两个部分：一是管件送料轴向运动的驱动；二是夹具夹紧和放松运动74科技信息科教前沿SCI ENCE & TECHNOL OGY I NFORM ATI ON2012 年 第 31 期因此，根据惩罚函数法和处理多目标优化
12、的加权系数法，定义适应值函数为: F（）=k1A+k2B+k3C 其中，k1，k2，k3 为权重可以根据经验需要来选择，且满足 k1，k2，k30，k1，k2，k3=0；遗传算法越可能陷于局部最优解，也就是适应度越“集中， fmin b 时，fmax 认为个体集中，其中参数 0a 时，认为个体集中 ， 其中参数.总 结 及 展 望本文主要针对纸箱软件的排单功能， 考虑了纸箱厂的实际情况， 根据纸箱厂的实际工艺和工序完成的。 除了物流行业，装箱算法在工 业生产中有比较多的应用，尤其是各种行业的排单功能。 对于纸箱包 装行业，本文对此行业软件的开发提供了一些经验。 文章将将遗传算 法和模拟退火算法
13、结合，防止了遗传算法的收敛过快以及局部搜索能 力不强。 在遗传算法的选择操作中直接保存优秀个体，来增强算法的3fmax0.5b 和 favg a 时，判断为群体“集中”，此时，使 P和 Pmute 根fmaxfmaxcross据群体的集中程度自适应变化；不满足该条件时，判断为群体“分散”，Pcross 和 Pmute 保持最初的较小的初值。1 fmin favg s当 b 和a ffsPcross 收敛性。 在变异和交叉操作中采用自适应的变异和交叉概率，增强了f ss1fminmaxmaxPcross s搜索解空间的均匀性，并引入了记忆功能，最终获得问题的近似最优解。 科smaxs其他sPcr
14、ossss1当 fmin b 和 favg asPmutesfminfmaxfmax【参 考 文 献 】1胡瑞，丁香乾.复杂集装箱装载问题法研究D.中国海洋大学，2006：45-482 马广馄， 黄有群. 集装箱装入新算法的研究 与 软 件 实 现D. 沈 阳 工 业 大 学 ， 2004：47-493江娜，丁香乾.混合遗传算法在装箱问题中的研究D. 中国海洋大学，2006： 34-504 黄川， 杨慰民， 吴子文. 集装箱装载优化算法研究D. 福 建 师 范 大 学 ，2005： 50-505翟钰，孙小明.三维装箱问题的混合遗传算法研究D. 上海交通大学，2007： 23-426阎庆，鲍远律
15、.物流配送中心管理信息系统D.中国科学技术大学，2006：41- 45 7武晓金，朱仲英.二维装箱问题的一种实现方法J.微型电脑应用，2003（4）8周明，孙树栋.遗传算法原理及应用M.国防工业出版社，1999，69张辰，张艳群.基于遗传和模拟退火算法的自动组卷系统设计与实现J.计算 机工程与科学，2004，26（11）10张智海，吴星玮，郑力.并行遗传模拟退火算法求解带容量限制的车辆调度 问题D.清华大学，200611姚庆祝.配送中心选址问题的温度并行模拟退火算法D.南开大学，200612黄杰，陈琳，邹鹏.一种求解极小诊断的遗传模拟退火算法J.国防科学技术 大学软件学报，2004s1fPmute ssmaxss其他sPmute 群体评价 决定某个解是否可行或是好坏的因素有三个， （A）所有的订单是否都在生产线上生产； （B）总的损耗最少；（C）每次换纸后生产用纸的损耗能够相对均匀。设最后得到的问题的个体解集为 ansi， 需要对解集做一个筛选， 得到最优解。 即要根据这三个因素做一些处理。 A 因素的量化指标可k 以通过检测当前解没有放入原纸的订单宽度之和，即at 。t 1 B 因素的量化指标即在所有个体解 ansi 中寻找损耗的数目最小 的一个，即：n ansi.loss =ci *（wi aj ） j 1 Min（ansi.loss） C 因素的的量化指标为所有过程的损
