生產(chǎn)型扭轉(zhuǎn)機(jī)的研究與設(shè)計(jì)

湯雪峰

【摘 要】扭轉(zhuǎn)機(jī)主要是用于檢測(cè)材料的抗扭力學(xué)性能，對(duì)各種材料進(jìn)行扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，記錄下實(shí)時(shí)的扭矩和轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系曲線，然后對(duì)試樣的扭轉(zhuǎn)性能進(jìn)行分析，故也稱為扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)。該類扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)目前市場(chǎng)上較多。本課題研究的扭轉(zhuǎn)機(jī)主要是用于生產(chǎn)，屬于生產(chǎn)型設(shè)備。是用于將工件進(jìn)行扭轉(zhuǎn)一個(gè)角度值。該扭轉(zhuǎn)機(jī)不僅滿足了生產(chǎn)需要，相比市場(chǎng)上同類產(chǎn)品來(lái)講，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，且設(shè)備成本低，效率好。

【關(guān)鍵詞】扭轉(zhuǎn)機(jī)；生產(chǎn)型設(shè)備；效率好

中圖分類號(hào)： TK406 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2017）29-0102-002

【Abstract】Torsion machines are mainly used to test the torsional mechanical properties of materials. The torsion tests on various materials are performed to record the real-time curves of torque and angle. The torsional properties of the samples are also analyzed To reverse the testing machine. Such torsion testing machine on the market more. The research on the reverse machine is mainly used for production， which belongs to the production equipment. Is used to reverse the workpiece by an angle value. The twisting machine not only meets the production needs， compared to similar products on the market， the structure is simple， easy to operate， easy maintenance， and low equipment costs and good efficiency.

【Key words】Reverse machine； Production equipment； Good efficiency

0 引言

近年來(lái)科技不斷的發(fā)展，制造業(yè)的發(fā)展更是突飛猛進(jìn)，各式各樣的生產(chǎn)型機(jī)器走向市場(chǎng)，幫助企業(yè)提高效率，提高利潤(rùn)，安全地生產(chǎn)。由于設(shè)備越來(lái)越先進(jìn)，價(jià)格也不菲。市面上一臺(tái)普通的扭轉(zhuǎn)機(jī)均價(jià)在五萬(wàn)元左右，成本高。扭轉(zhuǎn)機(jī)的功能也多為扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)。主要是用于檢測(cè)材料的抗扭力學(xué)性能，對(duì)各種材料進(jìn)行扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，記錄下實(shí)時(shí)的扭矩和轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系曲線，然后對(duì)試樣的扭轉(zhuǎn)性能進(jìn)行分析。而滿足生產(chǎn)需求的扭轉(zhuǎn)機(jī)目前市場(chǎng)上不多。本課題設(shè)計(jì)的這套扭轉(zhuǎn)機(jī)系統(tǒng)，是根據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品。主要應(yīng)用于對(duì)汽車雨刮器中的雨刮片弧度的扭轉(zhuǎn)，可以根據(jù)產(chǎn)品需求扭轉(zhuǎn)不同弧度值。該扭轉(zhuǎn)機(jī)與同類產(chǎn)品相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，有效節(jié)約了成本，提高了效率。

1 扭轉(zhuǎn)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

扭轉(zhuǎn)機(jī)主要由氣缸，轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸支架，夾塊等機(jī)械部件和控制柜、安全光柵等電氣控制部件組成。主要工作原理為：扭轉(zhuǎn)機(jī)的一端有兩個(gè)夾塊，用于夾緊需要扭轉(zhuǎn)件的前部，扭轉(zhuǎn)機(jī)的另一端是一個(gè)轉(zhuǎn)軸，以?shī)A持扭轉(zhuǎn)件的尾部。上電后，按下啟動(dòng)按鈕，電磁閥控制氣缸伸出，帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使扭轉(zhuǎn)件的一端相對(duì)于另一端發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)，故使扭轉(zhuǎn)件產(chǎn)生形變?；《戎抵饕罁?jù)設(shè)計(jì)的不同弧度模具來(lái)確定。扭轉(zhuǎn)機(jī)主要工作參數(shù)為：

（1）扭轉(zhuǎn)件最大長(zhǎng)度：250mm

（2）扭轉(zhuǎn)件最小長(zhǎng)度：150mm

（3）最大扭轉(zhuǎn)角：30°

（4）扭轉(zhuǎn)角相對(duì)誤差：±2°

（5）扭轉(zhuǎn)方向：順時(shí)針單向

（6）供電電源： 220V 50Hz

2 扭轉(zhuǎn)機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)

根據(jù)扭轉(zhuǎn)機(jī)工作性能要求，機(jī)械部分的設(shè)計(jì)主要包括：材料的選用、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)軸支架、扭轉(zhuǎn)件夾塊、限位塊。

扭轉(zhuǎn)機(jī)完成機(jī)械組裝后，各機(jī)械部分如何進(jìn)行協(xié)作運(yùn)行來(lái)完成扭轉(zhuǎn)工作，其主要執(zhí)行部件為氣缸。 執(zhí)行過(guò)程為：當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，第一個(gè)氣缸推出，將夾塊移動(dòng)零件推出，與夾塊固定零件夾緊；然后第二個(gè)氣缸推出，帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一定角度。完成扭轉(zhuǎn)后，第一個(gè)氣缸先縮回再縮回第二個(gè)氣缸。

2.1 材料選用

為保證有足夠的硬度夾緊及轉(zhuǎn)動(dòng)扭轉(zhuǎn)件，扭轉(zhuǎn)機(jī)的材料選用45號(hào)鋼。并且所有對(duì)于鋼材料的外觀檢驗(yàn)均應(yīng)在正常照明，并模擬最終使用條件下進(jìn)行。檢測(cè)過(guò)程中不使用放大鏡，所檢驗(yàn)表面和人眼呈45°，要求表面光滑，不得有裂紋、劃傷、毛刺、黑點(diǎn)。所有外邊倒圓角R3.0。

2.2 轉(zhuǎn)軸

在扭轉(zhuǎn)機(jī)中，轉(zhuǎn)軸是主要的運(yùn)動(dòng)部件，負(fù)責(zé)帶動(dòng)扭轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)軸中間的槽用于固定扭轉(zhuǎn)件，為了方便操作者放置扭轉(zhuǎn)件，設(shè)計(jì)為階梯式。主要參數(shù)為：

工間槽寬度

工件槽長(zhǎng)度 151mm

上張口角度 30°

轉(zhuǎn)軸側(cè)面的有∮8螺紋孔，用于連接氣缸，完成旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。調(diào)整氣缸的位置即可調(diào)整轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度。該部件對(duì)于表面要求較高，不得出現(xiàn)毛刺，以便順利完成扭轉(zhuǎn)。

2.3 轉(zhuǎn)軸支架

轉(zhuǎn)軸支架用于固定轉(zhuǎn)軸，在轉(zhuǎn)軸兩側(cè)各有一個(gè)。將轉(zhuǎn)軸鑲嵌于兩支架的半圓孔內(nèi)，除此之外沒(méi)有其它固定，使轉(zhuǎn)軸可以在支架內(nèi)旋轉(zhuǎn)。兩個(gè)轉(zhuǎn)軸支架上各有四個(gè)深度為55mm的沉孔。其中∮20的孔用于固定螺絲，∮10的孔用于放置定位銷。

2.4 扭轉(zhuǎn)件夾塊endprint

扭轉(zhuǎn)件夾塊共有兩塊，前后各一塊，用于夾緊扭轉(zhuǎn)件前部。其中一塊為固定零件，稱為夾塊固定件。該零件無(wú)需置于限位塊的滑槽內(nèi)，通過(guò)上方的螺紋孔及定位銷固定。

另一塊為移動(dòng)零件，稱為夾塊移動(dòng)件。移動(dòng)零件由氣缸推動(dòng)以?shī)A住扭轉(zhuǎn)件。夾塊相鄰兩面不得有毛刺，以免在夾住扭轉(zhuǎn)件時(shí)，對(duì)扭轉(zhuǎn)件造成壓傷。

該夾塊移動(dòng)件兩側(cè)有臺(tái)階，置于限位塊的滑槽內(nèi)，限制其運(yùn)動(dòng)方向?yàn)榍昂筮\(yùn)動(dòng)。在滑槽內(nèi)增加潤(rùn)滑油，可減少摩擦力，延長(zhǎng)氣缸的使用壽命。移動(dòng)零件前側(cè)有15mm*1.5mm的槽，為扭轉(zhuǎn)件前部卡口；該零件不固定于工作臺(tái)面，后側(cè)有四個(gè)∮8的螺紋孔，用于連接氣缸。不同的產(chǎn)品尺寸不用，所以卡口的位置也有所不同，更換產(chǎn)品時(shí)可以更換相應(yīng)的夾塊。

2.5 限位塊

限位塊共有兩個(gè)零件，分別置于夾塊零件的左右兩端，并通過(guò)兩側(cè)滑槽固定夾塊的移動(dòng)零件。該限位塊上方有凹槽，為零件通過(guò)而設(shè)計(jì)。兩側(cè)限位塊下方均有滑槽，用于限制夾塊移動(dòng)零件的前后移動(dòng)。兩側(cè)限位塊同樣通過(guò)上方螺紋孔及定位銷固定于工作臺(tái)面上。

3 扭轉(zhuǎn)機(jī)的電氣控制設(shè)計(jì)

3.1 電路設(shè)計(jì)

電路的設(shè)計(jì)要盡可能滿足各方面的需求，既要可以安全可靠的完成扭轉(zhuǎn)機(jī)的運(yùn)動(dòng)，還要考慮到電路設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單，方便日后的維修。

選用可靠的元器件是保證系統(tǒng)控制可靠性和安全性的基礎(chǔ)條件，同時(shí)還要考慮控制電路系統(tǒng)在正常工作情況下和故障情況下可能出現(xiàn)的狀態(tài)來(lái)進(jìn)行合理規(guī)劃。在此基礎(chǔ)上，整個(gè)電路回路上必須要具有必要的保護(hù)措施，一般在電路中會(huì)設(shè)有過(guò)載、過(guò)流、短路等保護(hù)環(huán)節(jié)，或者是直接設(shè)置合閘、斷開(kāi)等保護(hù)。本設(shè)計(jì)所采用的是接地保護(hù)、硬件保護(hù)和軟保護(hù)，硬件保護(hù)是直接在系統(tǒng)電路中串接一個(gè)急停旋鈕，在必要的情況下可直接關(guān)斷系統(tǒng)供電；軟保護(hù)是在控制程序當(dāng)中設(shè)置的一個(gè)故障復(fù)位程序，用于解決常見(jiàn)故障。同時(shí)還增加了安全光柵保護(hù)功能。

3.2 氣路控制

在進(jìn)行氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)時(shí)，首先要了解一些基本工作要求，比如系統(tǒng)所需的工作力、控制方式、工作環(huán)境等。當(dāng)收集到上述信息的時(shí)候，就要對(duì)所收集的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而選擇合適的執(zhí)行元件與一些輔助元件。

氣缸工作的平穩(wěn)性直接影響到扭轉(zhuǎn)機(jī)的工作性能，所以在選用氣缸的時(shí)候必須要結(jié)合實(shí)際工作要求。

扭轉(zhuǎn)機(jī)對(duì)于氣缸的選用要滿足一下幾點(diǎn)：

（1）根據(jù)扭轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)作功能對(duì)運(yùn)動(dòng)的要求以及控制系統(tǒng)對(duì)電信號(hào)收集方式的要求，選擇氣缸的結(jié)構(gòu)形式及安裝方式；

（2）根據(jù)扭轉(zhuǎn)機(jī)所需力的大小來(lái)確定活塞桿的負(fù)載力，并計(jì)算出缸徑，再根據(jù)算出的缸徑選用標(biāo)準(zhǔn)化缸徑的氣缸；

（3）根據(jù)動(dòng)作功能的實(shí)際應(yīng)用要求來(lái)選定氣缸行程，為了便于安裝與調(diào)試，一般選用實(shí)際工作行程加大50～70mm為宜。

3.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

扭轉(zhuǎn)機(jī)主要采用PLC來(lái)進(jìn)行控制，選型為西門(mén)子s7-200系列。I/O點(diǎn)的分配，在保證其可以完成正常的控制的前提下，還需要預(yù)留一些I/O點(diǎn)，以便于在以后的維修或升級(jí)中可以使用。

4 總結(jié)

我國(guó)目前機(jī)械設(shè)計(jì)水平正在不斷的發(fā)展，各式各樣的生產(chǎn)機(jī)器被設(shè)計(jì)出來(lái)。提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，保障生產(chǎn)安全等優(yōu)點(diǎn)也體現(xiàn)在每臺(tái)機(jī)器上。

該扭轉(zhuǎn)機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中，簡(jiǎn)化了市場(chǎng)上很多扭轉(zhuǎn)機(jī)復(fù)雜的操作過(guò)程，方便取放扭轉(zhuǎn)件，提高了生產(chǎn)效率。由于是開(kāi)放式設(shè)計(jì)，所以在工作時(shí)可以看到扭轉(zhuǎn)的全過(guò)程。若出現(xiàn)問(wèn)題可以及時(shí)處理。為維修，同時(shí)也為后續(xù)的改進(jìn)工作提供了極大的便利。

【參考文獻(xiàn)】

[1]馮立艷.《機(jī)械原理》，機(jī)械工業(yè)出版社，2012.1.

[2]鄒平.《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用機(jī)構(gòu)與裝置圖冊(cè)》，機(jī)械工業(yè)出版社，2014.12.

[3]任福君.《簡(jiǎn)明機(jī)械制造工藝手冊(cè)》，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1995.7.

[4]文杰.《西門(mén)子PLC電氣設(shè)計(jì)與編程》，中國(guó)電力出版社，2015.4.

[5]熊信銀，張步涵.《電氣工程基礎(chǔ)》，華中科技大學(xué)出版社，2010.1.

[6]黎恢來(lái).《產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》，電子工業(yè)出版社，2013.7.endprint