夾片自動上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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機(jī)械設(shè)計(jì)與制造

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文章編號：１００１－３９９７（２００８）１０－００５０－０２

ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ

第１０期

２００８年１０月

夾片自動上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

馮志君

丁黎光

戴小標(biāo)

（廣西工學(xué)院，柳州５４５００６）

Ｄｅｓｉｇｎｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｆｅｅｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅｏｎｃｌｉｐ

ＦＥＮＧＺｈｉ－ｊｕｎ，ＤＩＮＧＬｉ－ｇｕａｎｇ，ＤＡＩＸｉａｏ－ｂｉａｏ

!!!!!!!!!!!!!!!!!!"

（ＧｕａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｉｕｚｈｏｕ５４５００６，Ｃｈｉｎａ）

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"

【摘要】針對夾片結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其車削時(shí)的特性進(jìn)行了研究，利用直線電機(jī)的定位精度高、無需速度

!!!!!!!!!!!!!!!!!!"

轉(zhuǎn)換裝置的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了夾片車削自動上料機(jī)構(gòu)。并給出了該自動上料機(jī)構(gòu)主要部件的結(jié)構(gòu)及其計(jì)算、校核過程。該機(jī)構(gòu)解決了夾片車削時(shí)手工上料存在的安全隱患，同時(shí)降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高了勞動生產(chǎn)率。

關(guān)鍵詞：夾片；直線電機(jī)；自動上料機(jī)構(gòu)；勞動生產(chǎn)率

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｃｌｉｐｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｉｔｓｔｕｒｎｉｎｇｈａｓｂｅｅｎｍａｄｅ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅａｄ－

ｖａｎｔａｇｅｏｆｔｈｅｌｉｎｅａｒｍｏｔｏｒｗｈｉｃｈｈａｓｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙｏｆｌｏｃａｔｉｏｎ，ａｎｄｕｎｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｈａｖｅｓｐｅｅｄｃｏｎｖｅｒｔｅｒｄｅｖｉｃｅ，ｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｆｅｅｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅｏｎｃｌｉｐｔｕｒｎｉｎｇｈａｓｂｅｅｎｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｉｔｈａｓｂｅｅｎｇｉｖｅｎｉｔｓｃａｌｃｕｌａｔ－ｉｎｇａｎｄｃｈｅｃｋｉｎｇｐｒｏｃｅｄｕｒｅｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｆｅｅｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅ’ｓｍａｉｎｐａｒｔｓ．Ｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｆｅｅｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅｄｅａｌｓｗｉｔｈｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｓａｆｅｔｙｈａｚａｒｄｗｈｉｃｈｏｃｃｕｒｓｉｎｔｈｅｍａｎｕａｌｆｅｅｄｉｎｇｏｆｃｌｉｐｔｕｒｎｉｎｇ．Ｉｎｔｈｅｍｅａｎｔｉｍｅｉｔｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｗｏｒｋｅｒｓ’ｌａｂｏｒ，ａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｌａｂｏｒｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｌｉｐ；Ｌｉｎｅａｒｍｏｔｏｒ；Ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｆｅｅｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅ；Ｌａｂｏｒｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ａ

１引言

夾片是預(yù)應(yīng)力工程中不可缺少的一個(gè)重要零件。在各類橋梁、邊坡治理、基坑支護(hù)、水電大壩、高層建筑、超重超大構(gòu)件提升、橋梁轉(zhuǎn)體等領(lǐng)域的工程施工中，都會用到大量的錨具和夾片。外錐（含槽）、內(nèi)錐、倒角等加在夾片加工過程中，如車削小端面、

工工序時(shí)，要把夾片送上數(shù)控車床高速旋轉(zhuǎn)的主軸上的脹緊套上。由于車床主軸高速旋轉(zhuǎn)，對手工上料的操作工人存在極大的安全隱患。尤其是隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，工人每天勞動８個(gè)小時(shí)，在這８個(gè)小時(shí)內(nèi)，都是在不停地做上料、下料、檢測工作，這些工作簡單而且不用多大的力氣，但都是無休止的重復(fù)勞動，要耗費(fèi)大量的精力，一旦工人疲勞了就可能走神而發(fā)生意外事故，安全隱患時(shí)刻威脅著操作工人。為此我們設(shè)計(jì)了夾片車削時(shí)的自動上料機(jī)構(gòu)，以降低工人的勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率，同時(shí)保障工人的人身安全。

２總體結(jié)構(gòu)及工作原理

２．１總體結(jié)構(gòu)

夾片的零件圖，如圖１所示。其加工流程主要經(jīng)過以下１１道工序：下料－＞擠壓外錐面－＞鉆內(nèi)孔、鉸孔－＞打鋼字－＞車小端面、外錐（含槽）、內(nèi)錐、倒角－＞車內(nèi)錐－＞攻牙－＞鋸開－＞熱處理－＞滾砂－＞包裝。

在完成車削小端面、外錐（含槽）、內(nèi)錐、倒角等加工工序時(shí)，只要把夾片送到數(shù)控車床高速旋轉(zhuǎn)的主軸上的脹緊套上即可，操

＊來稿日期：２００７－１２－０８

圖２自動上料夾緊機(jī)構(gòu)

夾片

鉸鏈軸

推桿凸輪銷組件天軌

架組件

直線電機(jī)

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"中圖分類號：ＴＨ１２

片的受料、固定、傳送功能。

圖１夾片車外錐工序毛坯

直線電機(jī)推桿

作十分簡單。但車床主軸高速旋轉(zhuǎn)，對手工上料的操作工人存在極大的安全隱患。為此我們設(shè)計(jì)了夾片車削時(shí)的自動上料機(jī)構(gòu)，來改善工人的制造環(huán)境。其基本結(jié)構(gòu)如圖２所示，整個(gè)機(jī)構(gòu)由以下三部分組成：（１）動力控制部分：由直線電機(jī)及推桿組成，為整側(cè)板、和天軌個(gè)裝置提供動力控制的部分；（２）支撐部分：由底座、

組成，為凸輪送料機(jī)構(gòu)及傳輸架提供可靠支撐；（３）傳送部分：包括傳輸架、凸輪送料機(jī)構(gòu)、定位銷組件、鉸接軸等部件，完成對夾

第１０期

馮志君等：夾片自動上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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２．２工作原理

夾片車削時(shí)自動上料功能的實(shí)現(xiàn)過程如下所述：

即受料→定位→翻轉(zhuǎn)９０°→水平送料→退回→反向翻轉(zhuǎn)９０°#１＝#２＝#＝０．２６，其彈性模量Ｅ１＝Ｅ２＝Ｅ＝２０６ＧＰａ，根據(jù)公式可得出

《５８０ＭＰａ。凸輪與推桿最大接觸應(yīng)力為２５９．８１６ＭＰａ

３．３定位銷組件的設(shè)計(jì)計(jì)算

→原位等待。

（１）夾片車削時(shí)，夾片從分料機(jī)構(gòu)中漏到裝置上的定位銷上。（２）定位銷將夾片卡住，由垂直狀態(tài)翻轉(zhuǎn)９０度到水平狀態(tài)。

（３）將夾片直線送往數(shù)控車床高速旋轉(zhuǎn)的主軸上的脹緊套，同時(shí)放開夾片，定位銷往回縮。（４）機(jī)構(gòu)直線退回，定位銷伸出。（５）銷組件翻轉(zhuǎn)９０度到開始狀態(tài)，準(zhǔn)備下一次工作。

３主要零部件設(shè)計(jì)及校核

３．１直線電機(jī)的選擇計(jì)算

選上圖最大阻力狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，質(zhì)量為ｍ≈２ｋｇ行程為ｓ≈

８０ｍｍ合為ｓ＝０．０８ｍ要求在２ｓ內(nèi)完成，則電機(jī)直線運(yùn)行平均速度

為ｖ＝０．０８／２＝０．０４ｍ／ｓ。

電機(jī)功率為７Ｗ，則其平均推力為：Ｆ＝７／０．０４＝１７５Ｎ。由［１６］表１．１－１９查得鋼－鋼在有油潤滑時(shí)的摩擦系數(shù)ｆ＝０．０５－０．１，若取摩擦系數(shù)為ｆ＝０．０８，則在不考慮傾翻力矩時(shí)，設(shè)在

前０．１秒加速后０．１秒減速，則加速度ａ＝ｓ／（０．１＊０．１＋０．１８）＝０．０８／

０．１９＝０．４２ｍ／ｓ＾２，慣性力ＦＩ＝ｍ＊ａ＝２＊０．４２＝０．８４Ｎ，摩擦阻力ｆ＝ｆ＊ＦＮ＝

０．０８＊２０＝１．６Ｎ，則總的阻力Ｆ＝２．８４Ｎ。

而當(dāng)脈沖頻率取１２００Ｈｚ時(shí)，電機(jī)最大推力為１５Ｎ，可選用海頓直線步進(jìn)電機(jī)公司的４３０００系列Ｓｉｚｅ１７貫通軸式電機(jī)和４０１１０斬波驅(qū)動器。

３．２凸輪送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核

凸輪送料機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，如圖３所示。其關(guān)鍵零部件，即凸輪與推桿。推桿在各個(gè)位置受力情況，如表１所示。

圖３凸輪送料機(jī)構(gòu)

表１凸輪系統(tǒng)受力表

角位置（度）０７２．６９７２．９９８２．７６９０．００銷上推桿受力（Ｎ）ＦＥ

１７．８１７

２１．６６５

３８．３９５

４３．３９８

３６．５９１

角位置（度）水平工緊水坪退回

銷上推桿受力（Ｎ）ＦＥ

２４．９９９２２．５５２角位置（度）９０．００８２．８２７３．０７７２．８９０．０３銷上推桿受力（Ｎ）ＦＥ

２８．９４４

３７．３８０

３２．９３０

２６．６４９

５．１６８

則凸輪與推桿的接觸強(qiáng)度校核依據(jù)如下［２］：

’!Ｈ＝１２

!１－#２１１－#２

２＋１２

式中：Ｆ—推桿壓力ＦＥ；"１、"２—推桿和凸輪上塊接觸面的曲率半

徑；Ｂ—推桿和凸輪接觸線長度；#１和#２—推桿和凸輪材料的泊松比；Ｅ１和Ｅ２—推桿和凸輪材料的彈性模量。凸輪和推桿均選４５鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度�。玻常埃龋拢�，其泊松比

定位銷組件的結(jié)構(gòu)，如圖４所示。由銷釘、銷釘壓縮彈簧、擋板、擋板壓縮彈簧、銷套等組成。夾片車外錐工料毛坯如圖１，內(nèi)孔為精加工面，其他部位均鍛壓面，很粗糙，故必須以內(nèi)孔定位，內(nèi)孔可以用一圓柱即定位銷穿進(jìn)夾片。利用夾片分選機(jī)構(gòu)，使夾片靠重力從上垂直掉進(jìn)定位銷中。然后，定位銷帶動夾片從垂直狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到水平狀態(tài)。因?yàn)榉D(zhuǎn)時(shí)間相對很短，故在銷套上裝擋板以防夾片被甩出。定位銷組件與夾片一起翻轉(zhuǎn)９０，呈水平狀態(tài)時(shí)，定位銷組件連同夾片一起被直線推進(jìn)，夾片被送進(jìn)主軸。但當(dāng)夾片送上主軸時(shí)，圓柱必須退回，而不與主軸相撞。當(dāng)夾片送進(jìn)車床主軸時(shí)，裝在銷套中的定位銷將被擋回，定位銷彈簧將被壓縮。

夾片

銷釘組件

推力軸承

推力軸承壓縮彈簧

銷釘組件縮彈簧擋扳

擋板壓縮簧銷套

圖４定位銷組件圖

定位銷彈簧工作壓縮行程為Ｈ≈４３ｍｍ；當(dāng)彈簧壓縮到最短時(shí)，要求最大彈力Ｆｍａｘ≤１５Ｎ；按一天生產(chǎn)４５００件夾片，每個(gè)月工作日按２２天，則一年１２個(gè)月生產(chǎn)件數(shù)為：１．１８８＊１０６件，彈簧一年換一次，則載荷循環(huán)次數(shù)�。危剑保埃�。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，選用Ｃ級碳素彈簧鋼絲為定位銷彈簧材料，彈簧基本參數(shù)為鋼絲直徑ｄ＝

０．７０ｍｍ，彈簧中徑Ｄ＝１０ｍｍ，有效圈數(shù)ｎ＝３０。

４結(jié)束語

夾片車外錐工序自動上料夾緊機(jī)構(gòu)，大大減輕了操作工人的

勞動強(qiáng)度，以及勞動緊張程度。由于該機(jī)構(gòu)很多參數(shù)，如天軌跨距、送料行程、送料速度等都可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整，以適應(yīng)不同型號夾片車外錐自動送料的要求。因此，該自動上料機(jī)構(gòu)不僅較好地解決了夾片車削加工外錐面時(shí)自動上料問題，還可應(yīng)用到其

他類似工序加工中去。

參考文獻(xiàn)

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２王昆等．機(jī)械設(shè)計(jì)、

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)．北京：高等教育出版社，１９９６３華楚生等．機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)．重慶：重慶大學(xué)出版社，２００３（７）４劉鴻文．材料力學(xué)．北京：高等教育出版社，２００４

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（１１）６數(shù)字化手冊系列

（軟件版）編寫委員會主編．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（軟件版）Ｒ２．０．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，２００４

７機(jī)械控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)／中國機(jī)械工程學(xué)會，中國機(jī)械設(shè)計(jì)大典編委會．中國機(jī)械設(shè)計(jì)大典（第３卷）．南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，２００２（１）

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