基于SolidWorks三維軟件的全自動(dòng)輪胎去毛機(jī)設(shè)計(jì)

穆德敏 陳廣碩 郝國(guó)斌 張 馳 周紹馳 趙 旭 姜 旭

(1.沈陽(yáng)工學(xué)院遼寧省數(shù)控機(jī)床信息物理融合與智能制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 撫順 113122；2.沈陽(yáng)工學(xué)院機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 撫順 113122)

1 全自動(dòng)輪胎去毛機(jī)結(jié)構(gòu)

TB輪胎自動(dòng)修邊機(jī)在輪胎產(chǎn)線(xiàn)上可以全程自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)對(duì)輪胎的接收、胎面及胎側(cè)胎毛的去除、輪胎的踢出，節(jié)省了大量的人力、物力，可以明顯提高輪胎生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)也完成了整個(gè)輪胎自動(dòng)修邊機(jī)框架設(shè)計(jì)。

本次設(shè)計(jì)主要運(yùn)用solidworks軟件，通過(guò)三維建模，零件的虛擬仿真、動(dòng)畫(huà)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)全過(guò)程的數(shù)字化，通過(guò)虛擬裝配，對(duì)各相關(guān)零部件進(jìn)行了干涉檢查，為后續(xù)的實(shí)際裝配保駕護(hù)航，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造奠定了基礎(chǔ)。

設(shè)備的整體布局形式(圖1)采用立式布局，包括機(jī)身、輪胎旋轉(zhuǎn)自定心機(jī)構(gòu)、輪胎割毛進(jìn)給機(jī)構(gòu)，其中機(jī)身采用鋁合金型材通過(guò)角架進(jìn)行模塊化組合，機(jī)身上部設(shè)有安裝支架固定輪胎割毛進(jìn)給機(jī)構(gòu)，包括上下運(yùn)動(dòng)進(jìn)給汽缸和刀具前后動(dòng)作的手指汽缸；刀具固定在手指汽缸下方的刀具座上；機(jī)身中部固定有鋁板支撐輪胎旋轉(zhuǎn)及自定心機(jī)構(gòu)，輪胎旋轉(zhuǎn)及自定心機(jī)構(gòu)，包括主驅(qū)動(dòng)輪、自定心滾輪、自定心滾輪。因此，通過(guò)立式布局加工替代輪胎水平進(jìn)入臥式加工，可以節(jié)省大量的能源，充分地利用其重力因素以及輪胎特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)滾入；同樣地，利用該特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)物料的輸出，實(shí)現(xiàn)整個(gè)加工過(guò)程的自動(dòng)化。

實(shí)現(xiàn)滾輪運(yùn)動(dòng)的氣動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)，主要包括導(dǎo)軌座、圓導(dǎo)軌、固定板、汽缸，通過(guò)螺栓與鋁板連接固定在一起，氣動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)共有3套，分別位于45°、135°和315°方向上，主要用于自定心滾輪的自動(dòng)進(jìn)給，主驅(qū)動(dòng)輪由旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器采用直聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過(guò)螺栓將支桿和鋁板連接在一起。

輪胎全自動(dòng)去毛機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分地融入環(huán)保理念，在設(shè)備的下方增加托盤(pán)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)胎毛回收，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了從切割的自動(dòng)化加工過(guò)程到胎毛的回收過(guò)程的全流程管理；在整體框架的搭建上，采用目前流行的鋁型材組裝形式，具有裝配速度快，外形美觀等特點(diǎn)。

圖1 全自動(dòng)輪胎去毛機(jī)的外觀效果

2 全自動(dòng)輪胎去毛機(jī)控制系統(tǒng)

Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開(kāi)源電子原型平臺(tái)，它構(gòu)建于開(kāi)放原始碼simple I/O介面版，并且具有使用類(lèi)似Java、C語(yǔ)言的Processing/Wiring開(kāi)發(fā)環(huán)境。其中硬件部分是可以用來(lái)做電路連接的Arduino電路板；軟件則是Arduino IDE，是計(jì)算機(jī)中的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，只要在IDE中編寫(xiě)程序代碼，將程序上傳到Arduino電路板后，程序便會(huì)告訴Arduino電路板的具體動(dòng)作。

在全自動(dòng)輪胎去毛機(jī)的電氣控制系統(tǒng)中，通過(guò)Arduino板子來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)及用于控制繼電器、直流電機(jī)、電磁閥等，包括繼電器起到弱電控制強(qiáng)電的作用下，用于連接Arduino與5個(gè)電磁閥和電機(jī)，并使Arduino輸出的5V電壓能夠控制220V的電磁閥和電機(jī)，電磁閥在通電之后是通過(guò)掌握氣體流向來(lái)控制5個(gè)氣動(dòng)的汽缸。另外紅外遙控模塊負(fù)責(zé)給Arduino板子發(fā)送指令執(zhí)行所有程序。

3 氣動(dòng)自動(dòng)定心控制

氣動(dòng)技術(shù)是以壓縮空氣作為介質(zhì)，以空氣壓縮機(jī)作為動(dòng)力源來(lái)實(shí)現(xiàn)能量傳遞或信號(hào)傳遞與控制的工程技術(shù)，是流體傳動(dòng)與控制的重要組成技術(shù)之一，也是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)電一體化的重要途徑。

本設(shè)計(jì)利用氣動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)，采用空氣作為動(dòng)力源，汽缸作為執(zhí)行元件。設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了單桿汽缸形式，通過(guò)圓導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)向，利用磁性開(kāi)關(guān)作為位置反饋，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化動(dòng)作過(guò)程。

在Arduino版控制電磁的各個(gè)動(dòng)作，充分利其用其高效、快捷、環(huán)保、綠色等特點(diǎn)，采用3組汽缸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定心，在氣源的作用下，通過(guò)汽缸帶動(dòng)3個(gè)滾輪實(shí)現(xiàn)自動(dòng)找正輪胎中心的目的，因此，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，具備速度快、定心準(zhǔn)等特點(diǎn)。

4 切割機(jī)構(gòu)

采用直線(xiàn)型汽缸推動(dòng)前端手指汽缸，刀頭在手指汽缸的夾持下，通過(guò)輪胎的高速旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)輪胎的割毛動(dòng)作。刀片的形式采用仿形設(shè)計(jì)，充分地與輪胎表面貼合，可以有效地保證切割之后的胎毛高度一致，保證全范圍、無(wú)死角地切除表面的胎毛，是本套機(jī)構(gòu)中的核心所在。刀片的材質(zhì)，采用了優(yōu)質(zhì)不銹鋼，具有硬度高，耐腐蝕性好，刃磨后鋒利等特點(diǎn)，很好地解決了刀片使用壽命短的問(wèn)題，提高了產(chǎn)品運(yùn)行的可靠度。

5 效果驗(yàn)證

本機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)部件組裝，結(jié)合控制部分的綜合調(diào)試，并充分地進(jìn)行了機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)，加工節(jié)拍可以實(shí)現(xiàn)20s/件，取得了良好的效果。結(jié)合后期企業(yè)實(shí)際加工的需要，可以考慮增加物流的周轉(zhuǎn)，融入MES系統(tǒng)，將ERP等先進(jìn)的管理方式運(yùn)用在整個(gè)流程之中，從而可實(shí)現(xiàn)全流程的自動(dòng)化加工。

6 結(jié)語(yǔ)

本結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)SolidWorks三維設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了虛擬仿真裝配，模擬動(dòng)作過(guò)程，解決了裝配過(guò)程中無(wú)法遇見(jiàn)的問(wèn)題，為結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。采用氣動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)汽缸的各個(gè)動(dòng)作，進(jìn)而控制輪胎的自定心，在電機(jī)的帶動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)輪胎的旋轉(zhuǎn)，在進(jìn)給汽缸以及手指汽缸協(xié)同作業(yè)下，實(shí)現(xiàn)了輪胎全自動(dòng)去毛的目的。整個(gè)去毛過(guò)程，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，傳遞鏈短，高效節(jié)能，采用底部配托盤(pán)形式，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了回收的作用，更利于周?chē)h(huán)境的整潔與清潔。