夹片自动上料机构设计

凸轮铰链轴推杆
销组件 夹片
在完成车削小端面、外锥（ 含槽） 、内锥、倒角等加工工序时，
只要把夹片送到数控车床高速旋转的主轴上的胀紧套上即可， 操
图 ２ 自动上料夹紧机构
＊ 来稿日期： ２００７－ １２－ ０８
第 １０ 期
冯志君等： 夹片自动上料机构设计
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２．２ 工作原理
夹片车削时自动上料功能的实现过程如下所述： 即受料→定位→翻转 ９０°→水平送料→退回→反向翻转 ９０°
销组件翻转 ９０ 度到开始状态， 准备下一次工作。
片靠重力从上垂直掉进定位销中。然后， 定位销带动夹片从垂直
３ 主要零部件设计及校核
３．１ 直线电机的选择计算
选上图最大阻力状态进行计算， 质量为 ｍ≈２ｋｇ 行程为 ｓ≈ ８０ｍｍ 合为 ｓ＝０．０８ｍ 要求在 ２ｓ 内完成， 则电机直线运行平均速度 为 ｖ＝０．０８／２＝０．０４ｍ／ｓ。电机功率为 ７Ｗ， 则其平均推力为： Ｆ＝７／０．０４＝ １７５Ｎ。由 ［１６］ 表 １．１－ １９ 查得钢－ 钢在有油润滑时的摩擦系数 ｆ＝
夹片
０．０５－ ０．１， 若取摩擦系数为 ｆ＝０．０８， 则在不 考 虑 倾 翻 力 矩 时 ， 设 在
前 ０．１ 秒加速后 ０．１ 秒减速， 则加速度 ａ＝ｓ（／ ０．１＊０．１＋０．１８） ＝０．０８／ ０．１９＝０．４２ｍ／ｓ＾２， 惯 性 力 ＦＩ＝ｍ＊ａ＝２＊０．４２＝０．８４Ｎ， 摩 擦 阻 力 ｆ＝ｆ ＊ＦＮ＝ ０．０８＊２０＝１．６Ｎ， 则总的阻力 Ｆ＝２．８４Ｎ。而当脉冲频率取 １２００Ｈｚ 时， 电机最大推力为 １５Ｎ， 可选用海顿直线步进电机公司的 ４３０００ 系 列 Ｓｉｚｅ１７ 贯通轴式电机和 ４０１１０ 斩波驱动器。
则凸轮与推杆的接触强度校核依据如下［２］：
Ｆ １１
# $ !Ｈ＝
Ｂ "１ "２
２
２
% & !
１－
#１
１－ ＋
#２
’ Ｅ１
Ｅ２
式中： Ｆ —推杆压力 ＦＥ； "１、"２ —推杆和凸 轮 上 块 接 触 面 的 曲 率 半
径； Ｂ —推杆和凸轮接触线长度； #１ 和 #２ —推杆和凸轮材料
的泊松比； Ｅ１ 和 Ｅ２ —推杆和凸轮材料的弹性模量。
作十分简单。但车床主轴高速旋转， 对手工上料的操作工人存在 极大的安全隐患。为此我们设计了夹片车削时的自动上料机构， 来改善工人的制造环境。其基本结构如图 ２ 所示， 整个机构由以 下三部分组成：（ １） 动力控制部分： 由直线电机及推杆组成， 为整 个装置提供动力控制的部分；（ ２） 支撑部分： 由底座、侧板、和天轨 组成， 为凸轮送料机构及传输架提供可靠支撑；（ ３） 传送部分： 包 括传输架、凸轮送料机构、定位销组件、铰接轴等部件， 完成对夹 片的受料、固定、传送功能。
凸轮和推杆均选 ４５ 钢调质处理， 硬度取 ２３０ＨＢＳ， 其泊松比
４ 结束语
夹片车外锥工序自动上料夹紧机构， 大大减轻了操作工人的 劳动强度， 以及劳动紧张程度。由于该机构很多参数， 如天轨跨 距、送料行程、送料速度等都可以在一定范围内调整， 以适应不同 型号夹片车外锥自动送料的要求。因此， 该自动上料机构不仅较 好地解决了夹片车削加工外锥面时自动上料问题， 还可应用到其 他类似工序加工中去。
年换一次， 则载荷循环次数取Ｎ＝１０６。根据以上数据， 选用 Ｃ 级碳
素弹簧钢丝为定位销弹簧材料， 弹簧基本参数为钢丝直径 ｄ＝
０．７０ｍｍ， 弹簧中径 Ｄ＝１０ｍｍ， 有效圈数 ｎ＝３０。图 ຫໍສະໝຸດ 凸轮送料机构 表 １ 凸轮系统受力表
角位置（ 度） 销上推杆受力（ Ｎ） ＦＥ
角位置（ 度） 销上推杆受力（ Ｎ） ＦＥ
Ｄｅ ｓ ｉｇｎ ｏｆ ａ ｕｔｏｍａ ｔｉｃａ ｌｌｙ ｆｅ ｅ ｄｉｎｇ ｄｅ ｖｉｃｅ ｏｎ ｃｌｉｐ
ＦＥＮＧ Ｚｈｉ－ ｊｕｎ， ＤＩＮＧ Ｌｉ－ ｇｕａｎｇ， ＤＡＩ Ｘｉａｏ－ ｂｉａｏ （ Ｇｕａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｌｉｕｚｈｏｕ ５４５００６， Ｃｈｉｎａ） !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" 【摘 要】针对夹片结构特点及其车削时的特性进行了研究， 利用直线电机的定位精度高、无需速度 转换装置的优点， 设计了夹片车削自动上料机构。并给出了该自动上料机构主要部件的结构及其计算、校 核过程。该机构解决了夹片车削时手工上料存在的安全隐患， 同时降低了工人的劳动强度， 提高了劳动生 产率。
位销上。（ ２） 定位销将夹片卡住， 由垂直状态翻转 ９０ 度到水平状 板、挡板压缩弹簧、销套等组成。夹片车外锥工料毛坯如图 １， 内
态。（ ３） 将夹片直线送往数控车床高速旋转的主轴上的胀紧套， 同 孔为精加工面， 其他部位均锻压面， 很粗糙， 故必须以内孔定位，
时放开夹片， 定位销往回缩。（ ４） 机构直线退回， 定位销伸出。（ ５） 内孔可以用一圆柱即定位销穿进夹片。利用夹片分选机构， 使夹
#１＝#２＝# ＝０．２６， 其弹性模量 Ｅ１＝Ｅ２＝Ｅ ＝２０６ＧＰａ， 根据公式可得出 凸轮与推杆最大接触应力为 ２５９．８１６ＭＰａ《５８０ＭＰａ。
３．３ 定位销组件的设计计算
→原位等待。（ １） 夹片车削时， 夹片从分料机构中漏到装置上的定
定位销组件的结构，如图 ４ 所示。由销钉、销钉压缩弹簧、挡
参考文献
１ 濮良贵等． 机械设计． 北京： 高等教育出版社， ２００１ ２ 王昆等． 机械设计、机械设计基础课程设计． 北京： 高等教育出版社， １９９６ ３ 华楚生等． 机械制造技术基础． 重庆： 重庆大学出版社， ２００３（ ７） ４ 刘鸿文． 材料力学． 北京： 高等教育出版社， ２００４（ １） ５ 吴宗泽． 机械零件设计手册． 北京： 机械工业出版社， ２００３（ １１） ６ 数字化手册系列（ 软件版） 编写委员会主编． 机械设计手册（ 软件版） Ｒ２．０．
北京： 机械工业出版社， ２００４ ７ 机械控制系统设计 ／ 中国机械工程学会， 中国机械设计大典编委会． 中国
机械设计大典（ 第 ３ 卷） ． 南昌： 江西科学技术出版社， ２００２（ １）
３．２ 凸轮送料机构设计及校核
销钉组件 推力轴承 推力轴承压缩弹簧
销钉组件缩弹簧 挡扳 挡板压缩簧 销套
凸轮送料机构的结构， 如图 ３ 所示。其关键零部件， 即凸轮与
推杆。推杆在各个位置受力情况， 如表 １ 所示。
图 ４ 定位销组件图
定位销弹簧工作压缩行程为 Ｈ≈４３ｍｍ； 当弹簧压缩到最短
时， 要求最大弹力 Ｆｍａｘ≤１５Ｎ； 按一天生产 ４５００ 件夹片， 每个月工 作日按 ２２ 天， 则一年 １２ 个月生 产件数为 ： １．１８８＊１０６ 件 ， 弹 簧 一
在这 ８ 个小时内， 都是在不停地做上料、下料、检测工作， 这些工
作简单而且不用多大的力气， 但都是无休止的重复劳动， 要耗费
大量的精力， 一旦工人疲劳了就可能走神而发生意外事故， 安全
隐 患 时 刻 威 胁 着 操 作 工 人 。为 此 我 们 设 计 了 夹 片 车 削 时 的 自 动 上
料机构， 以降低工人的劳动强度， 提高劳动生产率， 同时保障工人
状态翻转到水平状态。因为翻转时间相对很短， 故在销套上装挡 板以防夹片被甩出。定位销组件与夹片一起翻转 ９０， 呈水平状态 时， 定位销组件连同夹片一起被直线推进， 夹片被送进主轴。但当 夹片送上主轴时， 圆柱必须退回， 而不与主轴相撞。当夹片送进车 床主轴时， 装在销套中的定位销将被挡回， 定位销弹簧将被压缩。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"
中图分类号： ＴＨ１２ 文献标识码： Ａ
１ 引言
夹片是预应力工程中不可缺少的一个重要零件。在各类桥 梁、边坡治理、基坑支护 、水 电 大 坝 、高 层 建 筑 、超 重 超 大 构 件 提 升、桥梁转体等领域的工程施工中， 都会用到大量的锚具和夹片。 在夹片加工过程中， 如车削小端面、外锥（ 含槽） 、内锥、倒角等加 工工序时， 要把夹片送上数控车床高速旋转的主轴上的胀紧套 上。由于车床主轴高速旋转， 对手工上料的操作工人存在极大的 安全隐患。尤其是随着生产规模的扩大， 工人每天劳动 ８ 个小时，
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文章编号： １００１－ ３９９７（ ２００８） １０－ ００５０－ ０２
机械设计与制造 Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
夹片自动上料机构设计
第 １０ 期 ２００８ 年 １０ 月
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冯志君 丁黎光 戴小标 （ 广西工学院， 柳州 ５４５００６）
的人身安全。
２ 总体结构及工作原理
２．１ 总体结构
图 １ 夹片车外锥工序毛坯
直线电机推杆 天轨 架组件 直线电机
夹片的零件图， 如图 １ 所示。其加工流程主要经过以下 １１ 道
工序： 下料－ ＞挤压外锥面－ ＞钻内孔、铰孔－ ＞打钢字－ ＞车小端面、 外 锥（ 含 槽） 、内 锥 、倒 角－ ＞车 内 锥－ ＞攻 牙－ ＞锯 开－ ＞热 处 理－ ＞滚 砂－ ＞包装。
关键词： 夹片； 直线电机； 自动上料机构； 劳动生产率 【Ａｂｓｔｒ ａｃｔ】Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｃｌｉｐ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｏｆ ｉｔｓ ｔｕｒｎｉｎｇ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｍａｄｅ． Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ａｄ－ ｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｈｉｇｈ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｌｏｃａｔｉｏｎ， ａｎｄ ｕｎｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｈａｖｅ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｄｅｖｉｃｅ， ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ ｆｅｅｄｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｏｎ ｃｌｉｐ ｔｕｒｎｉｎｇ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｇｉｖｅｎ ｉｔｓ ｃａｌｃｕｌａｔ－ ｉｎｇ ａｎｄ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｅｅｄｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ’ｓ ｍａｉｎ ｐａｒｔｓ． Ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ ｆｅｅｄｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｄｅａｌｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｓａｆｅｔｙ ｈａｚａｒｄ ｗｈｉｃｈ ｏｃｃｕｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｎｕａｌ ｆｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｃｌｉｐ ｔｕｒｎｉｎｇ． Ｉｎ ｔｈｅ ｍｅａｎｔｉｍｅ ｉｔ ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｗｏｒｋｅｒｓ’ｌａｂｏｒ， ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ｌａｂｏｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｃｌｉｐ； Ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ ； Ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ ｆｅｅｄｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ； Ｌａｂｏｒ ｐｒ ｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ