玻璃切割機傳動齒輪及夾具的設計應用

王艷華

煙臺職業(yè)學院，山東 煙臺 264670

科技水平的發(fā)展使得特種加工方法的使用越來越廣泛，市面上出現(xiàn)了一系列的玻璃切割機，如激光玻璃切割機等[1]。傳統(tǒng)意義上的手動或者人工切割機的比重相對減少，工業(yè)中切割的質量和精度要求也是越來越高，這就要求玻璃切割機的功能發(fā)展要求也需要不斷的進步[2]。其中，傳動系統(tǒng)與夾具是玻璃切割機的關鍵，良好的運作方式能夠大大提升產(chǎn)品的質量與工作效率[3]。王永娟等人設計了齒輪齒條機構和螺旋傳動機構動力學模型，從力學波動方面分析傳動機構的設計要求[4]。李海泉等人提出了一種伺服驅動機構的設計算法，大大改善了LCD 玻璃切割機的傳動效果[5]。本文設計用于玻璃制品切割或者打磨的豎直工件進給機構，即傳動方式的選擇與設計。設計過程中通過對總體結構和進給機構進行分析選擇，選取最好的方案，結合機械原理、機械設計等理論知識進行進給系統(tǒng)的設計計算，并用三維繪圖軟件SW 進行零部件建模與裝配。

1 基礎理論

1.1 總體設計要求

玻璃切割機總體布局要求：玻璃切割機在運作過程對于控制的精度非常高，直接影響產(chǎn)品加工的質量。所以，在玻璃切割機的總體布局上對進給量、轉動精度、平穩(wěn)性、夾具力度、裝配工藝性提出具體要求，其具體指標詳見設計要求。

根據(jù)玻璃切割機的主要加工范圍，具體設計要求如下：

豎直進給速度：30mm/s；夾具夾持范圍：10mm-200mm；進給范圍：200mm；工進速度：1mm/s。

1.2 總體設計組成

此機構主要是有：齒輪齒條、豎直方向的導軌、步進電機、夾具、聯(lián)軸器等部分組成，各個主要部分的功能分別為：

控制系統(tǒng)：根據(jù)計算機傳輸?shù)膱D形信息，控制步進電機的運轉。步進電機：通過與齒輪過盈安裝來帶動齒輪轉動，嚙合的齒輪齒條相對運動從而帶動滑臺的直線運動，帶動夾具的圓周運動。豎直方向的導軌：為滑臺的運動進行導向，使得裝在滑臺上的機構能夠豎直運動。

2 玻璃切割機進給部分機械結構設計

2.1 齒輪與齒條的傳動設計

2.1.1 材料的選擇

2.1.2 調整齒輪模數(shù)

（1）計算實際載荷系數(shù)的準備工作

（3）通過計算得實際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù)

綜上所述，齒輪目數(shù)m 為0.562mm，為便于設計選擇四舍五入選擇整數(shù)，即m=1mm。通過接觸疲勞強度算出的分度圓直徑為=18.04mm，從而算得齒輪的齒數(shù)為。取=20

2.1.3 幾何尺寸計算

計算分度圓直徑

計算齒輪寬度

考慮到在實際工況中齒輪的安裝存在誤差，為了確保齒輪的正常運轉，將齒輪的寬度擴大5～10mm，即

圖1 齒輪與齒條工作示意圖

根據(jù)給定的工作要求，所用的齒輪齒條式不允許發(fā)生任何的失效形式。因此，為了防止發(fā)生以上的失效問題，本文著重考慮了齒面疲勞彎曲強度問題。

2.1.4 齒面接觸疲勞強度校核

由計算結果得出齒面接觸疲勞強度可以滿足要求，而且齒面接觸應力比標準齒輪有所下降。

2.1.5 齒根彎曲疲勞強度校核

由計算結果得出齒根彎曲疲勞強度滿足要求，而且齒輪抵抗彎曲疲勞破壞的能力大于齒條。

2.2 定心夾具設計

本文選擇車床中的三爪卡盤作為定心夾具，其對圓柱形零件可以三爪聯(lián)動實現(xiàn)夾緊加工，方便使用。由于此次設計主要是加工玻璃杯，玻璃杯直徑在50mm-80mm，而所需的夾緊力也不是很大。若使用三爪卡盤，其自身的重力以及成本造價較大。綜合考慮，根據(jù)多功能三爪取碗夾的結構原理來設計夾具。

2.2.1 各部件設計原理

軸套上裝有卡，卡和手柄之間裝有彈簧；軸上設有卡槽，卡槽成角度；底板和軸用緊定螺釘固定，爪和軸套采用銷釘和開口銷裝配并且爪裝入底板槽內(nèi)。此外，為了能夠方便快捷使得其能夠夾緊和放開，在軸套上還設有板卡爪是為了夾緊玻璃杯。為了起到很好的定心作用，采用三個爪，三個爪在圓周上等角度裝配。

2.2.2 夾具工作原理當三爪聯(lián)動夾緊時：只需拉著軸套沿著軸向上滑動即可，由于卡槽的角度關系使得卡與卡槽之間可以順利滑動，爪就會往內(nèi)夾緊。停止滑動后，彈簧的彈力使得卡入卡槽，使得夾緊玻璃杯。當三爪聯(lián)動松開：若需要夾具松開卡爪，則用手捏住手柄，往外輕輕拉出，此時卡與卡槽分離，軸套就會往下滑落，卡爪在底板槽邊的作用下慢慢松開。

2.3 總裝及其工作原理

2.3.1 機構的組成

圖2 齒輪齒條式豎直進給機構及定心夾具的總裝示意圖

通過上述所有零部件的設計以及機構部分的計算，按照一定的裝配方法和要求將它們有序的組裝在一起，構成此次設計所需的機構的總裝。如圖2 所示。

2.3.2 機構的工作原理

豎直方向的運動：齒條固定在機架上，步進電機安裝板以及齒輪這三者配合后，在通過對電機控制后，齒輪與齒條嚙合，就可以將齒輪的圓周運動轉化為這三者通過滑臺在導軌上作直線運動。此外，通過電機轉速以及方向來控制進給運動的速度。圓周方向的運動：通過對夾具所用的電機進行控制，就可以將電機的回轉運動通過聯(lián)軸器傳遞給夾具從而實現(xiàn)夾具回轉運動，完成所需要的工作。

3 結論

現(xiàn)有的玻璃杯加工機器一般采用的是水平滾動加工方式進行深入加工，加工過程中夾具缺乏靈活性。本文根據(jù)生產(chǎn)實際的需求，設計了齒輪齒條式垂直進給機構與三爪聯(lián)動夾具，不僅具有優(yōu)異的工作壽命，并且能夠在保證玻璃杯安全的情況下實現(xiàn)最大程度的抓緊度，有效保障了玻璃杯加工的效率。同時，在一定程度上確保了加工精度，實現(xiàn)了玻璃切割機多元化的發(fā)展。