基于Proe的PC201A管割刀的改进与设计.docx

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基于Proe的PC201A管割刀的改进与设计

本科毕业论文（设计）

（2013届）

题目：

基于Pro/e的PC-201A管割刀的改进与设计

学院：

机电与信息工程学院

专业：

机械设计制造及其自动化

目录

摘要1

英文摘要2

1引言3

2绪论4

2.1课题的研究意义4

2.2管割刀的发展趋势5

3常见管割刀的优缺点6

3.11-A&2-A型管割刀6

3.2WS-A01型管割刀6

3.3PC-206A型管割刀7

3.4PC-201A型管割刀7

3.5旋切割刀8

4管割刀PC-201A使用中的工作特点及原理9

4.1工作特点9

4.2工作原理9

5PC-201A的改进与零件设计11

5.1PC-201A的不足之处11

5.2PC-201A的改进11

5.3PC-201A改进零件的设计11

5.3.1延伸大手柄11

5.3.2改变孔位距离12

5.3.3设计推刀棘爪12

5.3.4刀片槽的改进14

5.3.5标注产品型号15

6绘制完整的管割刀三维图及装配16

6.1大手柄的绘制16

6.2小手柄的绘制16

6.3刀片的绘制17

6.4推刀棘爪的绘制18

6.5其他的零件绘制18

6.6零件装配22

7设计总结24

参考文献25

致谢26

基于Pro/e的PC-201A管割刀的改进与设计

摘要：

城市建设的不断完善带动着管道设施的突飞猛进。

几乎每家的屋檐下、墙壁里、房梁上等处都安置了管道，然而这些管道的安排与放置是离不开管割刀的。

因此，管割刀作为一种新型产业由此而生。

管道与管割刀几乎是齐头并进的两个兄弟产业。

因此管割刀的设计与开发必定牵制于管道。

这就注定了管割刀的设计与开发是一个艰巨的任务。

本文开始主要简述了市场管割刀的几种分类及应用范围，并且重点介绍了它的工作原理，工作特点，如何自动的复位与进刀。

然后列举了其中的一种PC-201A型号的管割刀作为研究对象，对其机构、特点、割管能力等方面做了详细的表述。

重点找出了其中的三点不足之处，即尺寸延长、孔位设置、标注型号并对不足之处做出了相应的改进从而达到外观和功能的双方协调与完善。

关键词：

管割刀；pro/e；进刀：

自动复位

BasedonPro/edesignandimprovementofPC–201-apipecutter

Abstract：

Thedevelopmentofthepipelinefacilitiesaredrivenbytheurbanconstructionimprovement.Almosteveryintheroof,walls,beamsofchoicehadbeenplantedinpipe,howeverthesepipingarrangementandplacementareinseparablefromthepipecutter.Therefore,tubecuttercomesoutasanewindustry.Pipeandtubecutterarealmosttwobrothersindustry.Sothetubecutterdesignanddevelopmentarelimitedtothepipe.Thatitisdestinedtoatubecutterdesignanddevelopmentisanarduousanddifficulttask.

Themarketseveralclassificationandapplicationrangeoftubecutterareintroduced.Anditsworkingprincipleandhowtoautomaticallyresetandfeedaremainlydescribed.ThenthePC-201-atypeoftubecutterislistedastheresearchobject,thenthemechanism,characteristics,pipecuttingability,etc,aremadeadetailedstatement.Thethreeshortcomingsarefoundout,namelyholesizeextension,asetting,markmodelandmadethecorrespondingimprovementofdeficiencysoastoachievethelookandfunctionofthecoordinationandperfection.

Keywords：

Pipecutter；Pro/e；feed：

automaticreset

1引言

随着城市化的不断进行，新居民区不断兴起。

管道是新居民区建设必不可少的一部分。

如：

雨水疏通管道、自来水管道、太阳能管道、下水管道等。

建设管道就需要用到切割工具，如今市场上最为常见的两种管割刀：

PVC管割刀和旋切管割刀。

两种管割刀有不同的工作原理，旋切管割刀是利用旋紧力挤压切断硬质管道，而PVC管割刀主要是刀片直接切入管子材料，从而割断管子。

随着pro/e、CAXA、CAD等软件的发展，为本课题的的设计提供了良好的技术支持。

本课题就是选取PVC管割刀中的PC-201A管割刀为例，深入研究它的工作原理、结构、特点、割管能力等方面，就现有的不足之处给予改进与设计。

最后通过pro/e完善3D效果图达到可行、可信、可靠的效果。

2绪论

2.1课题的研究意义

管子割刀一般使用去PVC，PP-R等塑管材料的剪切工具，一般刀体材质采用铝合金，使得使用轻巧，刀片有65Mn、不锈铁、SK5等，硬度在48-58度之间，刀片采用高温淬火，一般手动工具都是消耗用品，质量较好的使用寿命在1-3年之间。

管割刀作为五金工具的一部分，为五金工具的发展创造了巨大的财富。

而我国明显的能够看出：

浙江、江苏、上海、广东、山东等地方是五金市场的主要分布区域，其中浙江和广东最为突出。

中国正在成为世界五金加工的大国和出口的大国，中国五金业的出口，去年出口外汇超过了50亿美元，在中国轻工业出口排名居第3位，目前以年均逾越10%的幅度加速成长。

据掌握资料显示，2012年的，中国五金行业发展的主力军中70%是民营企业。

虽说几年前的金融危机对我国五金出口有所影响，但是从1999年开始有所好转，出口创汇由1995年的27.6亿美元，上升到1999年的38.47亿美元，增长了71.74%，平均年增约为11.4%，之后一直都在稳步增长。

与此同时，管割刀同时也是一中手工工具。

在手工工具市场中，美国手工具市场需求在稳步发展，美国在去年底住房市场新屋规模增加的同时，绝大部分现屋没有人住，因此房屋翻修机会也变的尤为之大，这种机会也是管割刀发展的一中端倪。

在德国，最受欢迎的仍然是舒适省力的工具。

平滑的手柄有助于紧握工具，美观的外型是人们的向往，因此这些都是人们的购买欲望。

据有关调查资料显示，以个别手工具产品类别来看，套筒为出口大“户”，为手工具组合，为园艺工具，钳类排名第五，当然管割刀在钳类的销量也是相当可观的。

以出口国家来看，美国排名第一，其次依序为英国、德国和日本等[2]。

从1996年至今，中国先后建立了14个五金工具的开发中心，其中作为管割刀核心部件的刀片就是其中之一。

而这些中心绝大多数目前已经发展成为行业的排头兵，甚至是世界排头兵。

毫无质疑，硬度一直都是刀片材料应当具备的基本性能。

刀片想要切除材料，必须满足自身的硬度比材料的硬度要大的特点，否则容易出现崩口现象，这也是每个人不想看到的场面。

一般管割刀的刀片的加工流程是

下料——振动抛光——整平——淬火（热处理）——抛边、磨面——磨大刀刃——磨小刀刃——清洗——烘干——上油——入库[7]

其中有些刀片是要镀镍，镀锌等特殊处理。

虽然不像高速切削刀具的要求严格，但是为了保证它正常使用和使用寿命，必须按照上述流程来执行各刀具的生产。

作为兄弟产业的pvc管，它作为目前国内外都在大力发展的新型化学建材，很受欢迎。

这种pvc管具有质量轻、强度高、耐腐蚀、耐高温、寿命长、抗静电、流阻小、安装简单等特点。

正因为这些特点，它的消费量在我国呈现出增长之势，并且销量最大。

已经占据了所有塑料管材的50%以上，广泛的运用于农业、工业、建筑等各个行业。

Pvc管的迅猛飙升，同时也带动了管割刀行业的直线上升。

在城市建设、管道疏通、农业灌溉、气体输送等各个行业都离不开pvc管和管割刀，二者如同兄弟，形影不离。

2.2管割刀的发展趋势

最早的最普通的切割刀具当属普通的刀片。

早期的小刀，刀片是流行的切割刀具。

后来随着发展，发现很大的不足之处，发明了最为简单的管割刀——只由一根弹簧和大小手柄组成的割刀，虽然流行一时，但是切割时会发现任然很疼痛。

基于外观和省力的原则，经过时间的洗礼，人们又发明了目前市场上可以见到的手握式管子割刀。

目前这也是手握式里比较常见的割刀，使用的范围也比较广。

同时也研制出了旋转的硬质割刀，用于切割比较硬的材料，如铜管。

这也是目前市场上主要的割刀。

随着电力资源的发展，人们对电动的管子割刀很感兴趣，发现这种割刀既省时又省力，只需要将电池组拿出来充电即能循环使用，方便，可靠。

这种割刀虽然市场上型号比较少，但是很受人们欢迎，也是使用的比较多的一种。

随着时间的推移，管子割刀自然会向着人工智能方向迈进，向着自动识别，自我修复，安全可靠，依耐性强等方向发展。

3常见管割刀的优缺点

3.11-A&2-A型管割刀

图3-11-A&2-A型管割刀

此种重负荷管割刀特点：

加固型刀架和加长型手柄为切割提供了方便、高强度特种合金钢刀片保证了切割的质量、超长的导向套保护了螺纹、切割管子只需轻轻旋转即可，方便耐用等

缺点：

外形过大，不方便携带，切割管壁有限制，适用于铜管等硬质材料。

3.2WS-A01型管割刀

图3-2WS-A01型管割刀

此款电动管割刀的特点：

以微电机组为动力、快速推刀、切断PVC管子之后自动停刀、操作简单、切割速度快、充电电池可以反复使用，降低使用成本等、切割不用使劲，只需按住开关即可等特点

缺点：

过重，不利于携带，使用时要轻拿轻放，切割pvc管。

3.3PC-206A型管割刀

图3-3PC-206A型管割刀

此款割刀是PVC,PP-R等塑料的快速专用割刀,刀片采用65锰钢制作,经热处理,表层电镀,刀片厚度2MM,刀体是铝合金制作的,表层喷环保漆处理，总厂210mm，轻盈方便，切割流畅。

缺点：

无法自动进刀，很费劲，切割时手很痛，切割pvc管。

3.4PC-201A型管割刀

图3-4PC-201A型管割刀

此款产品的特点是：

外型美观、刀片经过65Mn处理，表面镀镍，刀片厚2mm、成本低、刀体是铝合金制作的，表面镀层环保漆、刀片收放自如，切割省力。

缺点：

手柄短，切割费劲，切割pvc管。

3.5旋切割刀

图3-5旋切割刀

此款大圣强力割刀CT-206（铜管割刀10-66mm）特点是棘齿进结机械结构提高切管操作速度、带槽超宽滚轮更好固定管子并切掉扩口、手柄盖下备有备用刀片、铝合金刀身更轻便等。

缺点：

切割管壁有限，使用于铜管等硬质材料。

这5种只是其中的具有代表性的几款管割刀，有些是切割pvc管，而有些则是切割铜管，虽然切割的对象不一样，但是目的却是显而易见的。

随着社会的不断发展，人们会开发出很多外观优美，性能可靠，使用方便，使用周期长，成本低的管割刀。

社会的不断进步，各行各业也在不断的更新，管割刀看似不起眼的产业，但是在很多方面却起着至关重要的作用。

例如：

农业的灌溉管道，没有管割刀的存在，农业的灌溉将无法依计划发展，甚至农业的产量也将随之而动摇。

就拿我们身边的来说，太阳能热水器是家家户户都有的日用设备。

没有管割刀，太阳能管道如何从上往下摆放。

管与管的衔接处无法实现，那么实现连接就是一个大问题，无法连接，太阳能也将成为一纸空文。

4管割刀PC-201A使用中的工作特点及原理

从上面众多的管割刀中，选取其中的一款易于携带，使用方便，能够自动进刀，切割管壁没有限制的PVC管割刀PC-201A作详细的描述（原理解释所需剖面图如图4-1所示）：

图4-1pc-201A原理图

4.1工作特点

对于PC-201A而言，在切管的时候要做到：

切管后刀口无崩裂，管子被切面平整，使用寿命长等。

下面拿32mm的管子为例讲述使用的步骤：

第一步：

手持管割刀，首先将刀片放到最大位,这时复位扭簧起到了关键性的作用——复位（这也是管割刀的亮点），以便于管子的放入。

当被切管子放入凹槽内时，使劲捏管子，使刀片进第一刀。

一般情况下，第一刀进的深度比较少（根据管子的大小深度不一样），因为第一刀的目的就是将刀片吃进管子材料内，以便于后面的进刀。

第二步：

第一刀的顺利进入给切管带来了成功的开始。

当第一刀小手柄捏到底后，推到棘爪就进了一个单位，棘齿也顺利向下运动一个单位，放开小手柄，同时锁刀棘爪锁住棘齿。

这时，可以开始第二刀的进刀了，使劲捏小手柄即可。

第三步：

如此往复，第三刀，第四刀……直到把管子顺利切断为止。

4.2工作原理

当使用时，首先打开尾部的尾扣，然后件小手柄放开到最大位，因为锁刀棘爪被固定在小手柄上，从而锁刀棘爪不能起到锁刀的作用，使得刀片被复位扭簧直接复位即刀片被弹开到最大口径。

这时用力捏下小手柄使小手柄运动起来，它的向下运动带动了推刀棘爪的活动，推刀棘爪的活动使得刀片的棘齿往上移动，此时完成一个循环。

松开小手柄，由于锁刀棘爪被固定在小手柄上，锁刀棘爪则刚好锁住了棘齿，使得刀片无法复位，从而起到了锁刀的作用。

往复如此，刀刃得以始终向下运动，从而切断pvc管子，使用完毕后，扣上尾部的尾扣，放好。

从原理和图片可以看出，棘齿与棘爪就像齿轮一样。

只不过这只有一个“齿轮”，却在齿轮机构中增加了一个锁齿结构。

弹簧起推齿作用，扭簧起复位作用。

主要技术指标：

（1）切管直径0-42mm

（2）切管长度20-1000mm

（3）割管壁厚1.5-5mm

5PC-201A的改进与零件设计

5.1PC-201A的不足之处

要想达到一个好的改进，首先得了解产品的不足之处，只有对症下药才能达到事半功倍的效果。

第一，不管什么刀，只要有切割就存在用力，用力的程度直接影响着人们的疼痛程度。

这是一个避免不了的问题，但是可以尽量减少使的力。

第二，切管的时候会发生切的是斜面即切歪了这种情况。

同时这也会客户买产品时很注重的一点，经常因为这种情况的存在，导致返货重组。

第三，已有的产品上并未标注产品型号，这可能不便于物品的摆放。

5.2PC-201A的改进

在经过多次的拆装实验之后，已经熟悉的了解了管割刀的结构。

针对以上所提到的问题，可以提出适当的分析与改进。

第一，切管时比较费劲，可以采取增长力矩和改变定位孔的方法来解决。

可以延伸大小手柄的长度，已达到省力的目的

第二，切出斜面的情况可能是因为刀片的安装存在问题。

先检查组装的正确与否，假如正确组装，那么可以把刀片槽的后端距离适当缩短，前端也适当缩短，因为前端如果过于短的话，有可能会发生刀片切到大手柄的情况。

同时注意旋紧定位螺母。

第三，至于未标注产品型号，可以在产品的侧面标注上产品的型号与产品的切管能力正好对应，美观且实用。

5.3PC-201A改进零件的设计

5.3.1延伸大手柄

图5-1大手柄

大手柄的首部全部按照原来的尺寸画出（允许有少许偏差）,也可以在二维CAD或者电子图版中画出二维尺寸然后导入三维再进行拉伸也可得到所要的图形。

同时可以在图中清楚的看到在大手柄尾部特意加长了11mm，以达到切割时省力的效果。

完成后点击确定即可。

由于此管割刀切的最大管径为42mm，所以在设计时可以把它设计为

mm[6]，以免因喷塑而导致间距变小无法放置42mm的管子。

首先介绍如何把简单的二维转为三维：

在二维软件中画好二维的模型，把画好的二维图纸保存为igs格式（CAXA保存为igs格式，CAD保存为dxf格式）。

打开pro/e，文件——新建——零件……（按照正常的画图程序新建）然后插入——数据共享——自文件（此时选择刚刚保存的igs格式的图纸）——选择关闭，缺省即可生成。

接下来选择拉伸的命令进行即可，注意：

定义的草绘面就是图纸所在的平面[8]。

画图步骤：

首先在二维的画图软件中画出原有零件的外形，然后按照上述步骤转入三维pro/e中，点击拉伸命令，得到图5-1所示图形。

点击右侧的“使用”命令，选取使用边。

选完之后，在大手柄的尾部加长11mm，点击完成。

拉伸厚度选择2.2mm。

同理，为了大手小手柄合并时能达到相同的长度，小手柄也延伸11mm。

5.3.2改变孔位距离

图5-2小手柄

对照图5-1和图5-2可知，小手柄下面的孔是与大手柄相连接的，是无法变化尺寸的，只有通过改变上面的孔的位置才能达到改进的效果。

把原有的18mm尺寸的两孔改成14mm，必定能达到增长力矩的效果，从而减少力气，达到省力的效果。

画二维图时把尺寸定为14mm，还是二维转到三维之后拉伸即可[1]。

5.3.3设计推刀棘爪

当两孔位间距发生变化时，进刀量会随着棘爪之间的配合也会发生变化。

此时棘爪之间的配合也需重新设计与计算。

这也是设计的重中之重。

把画好的大小手柄、刀片、推刀棘爪、锁刀棘爪都转为二维的图形。

下面以刀片为例，将三维图转为二维图：

首先在pro/e里打开画好的三维刀片图形，然后新建——绘图（去掉使用缺省模版前的勾）——点击横向，标准大小选择A4，此时进入了绘图界面，点击插入——绘图视图——一般，然后在空白的地方，左击鼠标，会弹出图5-3绘图视图对话框

图5-3绘图视图

选择FRONT,然后点击视图显示，选择是，把显示线形选择线框，确定。

切记：

在左下角出调节比例，由于pro/e的单位和电子图版的不同，因此必须调节单位才能达到标注的尺寸。

双击比例，填写25.4。

记得保存为igs格式。

在电子图版中打开即可，删除多余的线条，留下轮廓线，即可得到刀片的二维图纸（记住比例为1：

1），标注尺寸显示正确。

其他的按照此方法亦可完成[9]。

然后黏贴到一个电子图版下，通过孔位的配合，装配成图5-4所示图形。

图5-4二维组装图

图中为了区分各零部件，特着色表示：

黄色为推刀棘爪，红色为锁刀棘爪，绿色为大手柄，白色为刀片，紫色为小手柄，通过孔的定位可以完成以上的平移、复制、旋转等操作。

然后把大小手柄删掉，记住保证孔位的位置不能发生改变。

由于每次的进刀量几乎是相同的，所以可以固定锁刀棘爪不动，通过旋转推刀棘爪和刀片来计算其中的配合，如果满足刀片的每次旋转都能保持推刀棘爪在棘齿里面，那么就表示此推刀棘爪的配合能满足需求，否则慢慢减少推刀棘爪长度，直到满足需求为止。

最终得出推刀棘爪的上端长度为8.5mm[5]。

通过固定锁刀爪，旋转刀片和推刀爪虽然比较慢，但是很方便，不繁琐。

各自完成各自的锁刀和推刀作用，保持在锁刀爪的下一个齿上就是推刀爪这个原则，慢慢调试，慢慢旋转即可计算出推刀棘爪的长度[4]。

5.3.4刀片槽的改进

图5-5刀片槽

图5-6拔模命令

当大手柄的内部结构画好时，通过图5-6的拔模命令，使图5-5刀片槽有适当的间隙。

如图5-6所示拔模面为

，当镜像之后则是

，那么上下相差就是1mm，，故而刀片不会发生切割到大手柄的现象。

刀片尖端的左右边被允许了1mm的偏移差值，则可避免因客户的挑剔而带来的不必要的麻烦，例如，修改模具。

使用命令：

拉伸、草绘、面平移、参照、标注尺寸等。

5.3.5标注产品型号

图5-7标注产品型号

点击上图右侧的图标“A”，在想标注的地方从下往上画直线（写出的字是正的，否则倒立的），然后在弹出的对话框里写出想标注的字，即PV-201A。

然后调整字体大小，适合边框，最后点击完成即可。

使用命令：

选取已有面、拉伸、草绘、写字、修剪等

6绘制完整的管割刀三维图及装配

6.1大手柄的绘制

按照上述的二维转三维的方法，画出大手柄的模型，然后拉伸内部的各个突起部分以及倒角各边

其他的通过拉伸，倒角，移除、拔模等命令，完成3D图档，注意在尾部增长11mm。

详细步骤见附图。

图6-1大手柄

图6-2步骤图

三维图及画图步骤如图6-1,6-2所示。

6.2小手柄的绘制

同样按照上述方法绘制小手柄，记得孔位的间距为14，尾部加长。

详细步骤见附图。

图6-3小手柄

三维图及画图步骤如图6-3所示。

6.3刀片的绘制

同理绘制刀片。

如果是想出二维图纸的话，记得标注出硬度指标，否则过硬或者过软都会出现故障。

详细步骤见附图。

图6-4刀片

三维图及画图步骤如图6-4所示。

6.4推刀棘爪的绘制

通过以上的设计可以得出推刀棘爪的上端尺寸为8.5mm。

过大的推刀棘爪会进刀量大于一个棘齿，过小会导致进不了刀，所以8.5mm应该是适中的数据，满足各项需求。

详细步骤见附图。

图6-5推到棘爪

三维图及画图步骤如图6-5所示。

6.5其他的零件绘制

由于其余的零部件均和现有的一样，没有改进，所以可以按照现有工具的尺寸来设计画图。

详细步骤见各附图。

图6-6销钉

图6-7尾扣

图6-8复位扭簧

图6-9弹簧

图6-10扭簧

图6-11螺丝

图6-12螺母

图6-13E形还

图6-14销轴

图6-15锁刀棘爪

6.6零件装配

详细步骤见附图。

图6-16装配分解图

图6-17装配图步骤

7设计总结

本课程设计主要是针对市场的需求而改进现有管割刀的外观和性能。

从零件的结构特点、使用便捷、操作简单等方面着手，以实际的拆卸、组装和使用为基础，分析出现有管割刀的不足之处，并针对不足之处加以改进和设计。

这期间不仅巩固了之前学习过的知识，同时也将其运用到实际生产中，从而提高了我们将所学知识综合运用到生产中以及理论结合实际的能力。

尽管我对专业知识的掌握还不够透彻，但我仍然希望通过自己的努力完成设计并希望有所突破。

下面就对我这次设计的过程做个简单的小结：

第一，课题分析。

在接到毕业设计题目后，我认真翻阅了学校指导老师和公司部门领导提供的资料，对课题进行了深刻的分析，并向老师们请教了设计中的一些要点及难点，以及翻阅了公司的一些档案，查询了管割刀的发展史。

第二，总体设计。

在对课题进行仔细分析以后，我和蒋老师以及合作导师的一致努力下，构思出了设计的大体结构，并将设计分成了几个模块，而且分别完成。

第三，资料整理。

通过查阅书籍、互联网等途径积极查阅资料，并与老师进行讨论，最终完成了毕业设计。

本设计完成的主要工作有：

1）分析管割刀的工作原理，计算了推到棘爪、锁刀棘爪和刀片棘齿之间的配合。

2）设计了一款满足客户需求的新型管割刀款式。

3）绘制1张三维装配图和4张二维零件图。

通过此次设计的学习不仅使我对课本知识有了更深入的了解，而且也培养了我分析问题、观察事物、发现问题的能力。

使我摆脱了浮躁、眼高手低的缺点，从而将自己的能力得以提高。

从实事出发，从小事做起，一步一