夾片自動上料機構設計

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機械設計與制造

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文章編號：１００１－３９９７（２００８）１０－００５０－０２

ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ

第１０期

２００８年１０月

夾片自動上料機構設計

馮志君

丁黎光

戴小標

（廣西工學院，柳州５４５００６）

Ｄｅｓｉｇｎｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｆｅｅｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅｏｎｃｌｉｐ

ＦＥＮＧＺｈｉ－ｊｕｎ，ＤＩＮＧＬｉ－ｇｕａｎｇ，ＤＡＩＸｉａｏ－ｂｉａｏ

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

（ＧｕａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｉｕｚｈｏｕ５４５００６，Ｃｈｉｎａ）

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

【摘要】針對夾片結構特點及其車削時的特性進行了研究，利用直線電機的定位精度高、無需速度

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

轉換裝置的優(yōu)點，設計了夾片車削自動上料機構。并給出了該自動上料機構主要部件的結構及其計算、校核過程。該機構解決了夾片車削時手工上料存在的安全隱患，同時降低了工人的勞動強度，提高了勞動生產率。

關鍵詞：夾片；直線電機；自動上料機構；勞動生產率

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｃｌｉｐｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｉｔｓｔｕｒｎｉｎｇｈａｓｂｅｅｎｍａｄｅ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅａｄ－

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

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｌｉｐ；Ｌｉｎｅａｒｍｏｔｏｒ；Ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｆｅｅｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅ；Ｌａｂｏｒｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ

文獻標識碼：Ａ

１引言

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

工工序時，要把夾片送上數控車床高速旋轉的主軸上的脹緊套上。由于車床主軸高速旋轉，對手工上料的操作工人存在極大的安全隱患。尤其是隨著生產規(guī)模的擴大，工人每天勞動８個小時，在這８個小時內，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勞動，要耗費大量的精力，一旦工人疲勞了就可能走神而發(fā)生意外事故，安全隱患時刻威脅著操作工人。為此我們設計了夾片車削時的自動上料機構，以降低工人的勞動強度，提高勞動生產率，同時保障工人的人身安全。

２總體結構及工作原理

２．１總體結構

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

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

＊來稿日期：２００７－１２－０８

圖２自動上料夾緊機構

夾片

鉸鏈軸

推桿凸輪銷組件天軌

架組件

直線電機

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

直線電機推桿

作十分簡單。但車床主軸高速旋轉，對手工上料的操作工人存在極大的安全隱患。為此我們設計了夾片車削時的.自動上料機構，來改善工人的制造環(huán)境。其基本結構如圖２所示，整個機構由以下三部分組成：（１）動力控制部分：由直線電機及推桿組成，為整側板、和天軌個裝置提供動力控制的部分；（２）支撐部分：由底座、

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

第１０期

馮志君等：夾片自動上料機構設計

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２．２工作原理

夾片車削時自動上料功能的實現(xiàn)過程如下所述：

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

《５８０ＭＰａ。凸輪與推桿最大接觸應力為２５９．８１６ＭＰａ

３．３定位銷組件的設計計算

→原位等待。

（１）夾片車削時，夾片從分料機構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９０度到水平狀態(tài)。

（３）將夾片直線送往數控車床高速旋轉的主軸上的脹緊套，同時放開夾片，定位銷往回縮。（４）機構直線退回，定位銷伸出。（５）銷組件翻轉９０度到開始狀態(tài)，準備下一次工作。

３主要零部件設計及校核

３．１直線電機的選擇計算

選上圖最大阻力狀態(tài)進行計算，質量為ｍ≈２ｋｇ行程為ｓ≈

８０ｍｍ合為ｓ＝０．０８ｍ要求在２ｓ內完成，則電機直線運行平均速度

為ｖ＝０．０８／２＝０．０４ｍ／ｓ。

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

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。

而當脈沖頻率?。保玻埃埃龋鷷r，電機最大推力為１５Ｎ，可選用海頓直線步進電機公司的４３０００系列Ｓｉｚｅ１７貫通軸式電機和４０１１０斬波驅動器。

３．２凸輪送料機構設計及校核

凸輪送料機構的結構，如圖３所示。其關鍵零部件，即凸輪與推桿。推桿在各個位置受力情況，如表１所示。

圖３凸輪送料機構

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度校核依據如下［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鋼調質處理，硬度?。玻常埃龋拢樱洳此杀?/p>

定位銷組件的結構，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，內孔為精加工面，其他部位均鍛壓面，很粗糙，故必須以內孔定位，內孔可以用一圓柱即定位銷穿進夾片。利用夾片分選機構，使夾片靠重力從上垂直掉進定位銷中。然后，定位銷帶動夾片從垂直狀態(tài)翻轉到水平狀態(tài)。因為翻轉時間相對很短，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９０，呈水平狀態(tài)時，定位銷組件連同夾片一起被直線推進，夾片被送進主軸。但當夾片送上主軸時，圓柱必須退回，而不與主軸相撞。當夾片送進車床主軸時，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；當彈簧壓縮到最短時，要求最大彈力Ｆｍａｘ≤１５Ｎ；按一天生產４５００件夾片，每個月工作日按２２天，則一年１２個月生產件數為：１．１８８＊１０６件，彈簧一年換一次，則載荷循環(huán)次數?。危剑保埃丁８鶕陨蠑祿?，選用Ｃ級碳素彈簧鋼絲為定位銷彈簧材料，彈簧基本參數為鋼絲直徑ｄ＝

０．７０ｍｍ，彈簧中徑Ｄ＝１０ｍｍ，有效圈數ｎ＝３０。

４結束語

夾片車外錐工序自動上料夾緊機構，大大減輕了操作工人的

勞動強度，以及勞動緊張程度。由于該機構很多參數，如天軌跨距、送料行程、送料速度等都可以在一定范圍內調整，以適應不同型號夾片車外錐自動送料的要求。因此，該自動上料機構不僅較好地解決了夾片車削加工外錐面時自動上料問題，還可應用到其

他類似工序加工中去。

參考文獻

１濮良貴等．機械設計．北京：高等教育出版社，２００１

２王昆等．機械設計、

機械設計基礎課程設計．北京：高等教育出版社，１９９６３華楚生等．機械制造技術基礎．重慶：重慶大學出版社，２００３（７）４劉鴻文．材料力學．北京：