夹片自动上料机构设计
机械设计与制造
－５０－
文章编号：１００１－３９９７（２００８）１０－００５０－０２
ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
第１０期
２００８年１０月
夹片自动上料机构设计
冯志君
丁黎光
戴小标
（广西工学院，柳州５４５００６）
Ｄｅｓｉｇｎｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｆｅｅｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅｏｎｃｌｉｐ
ＦＥＮＧＺｈｉ－ｊｕｎ，ＤＩＮＧＬｉ－ｇｕａｎｇ，ＤＡＩＸｉａｏ－ｂｉａｏ
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（ＧｕａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｉｕｚｈｏｕ５４５００６，Ｃｈｉｎａ）
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【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
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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。
关键词：夹片；直线电机；自动上料机构；劳动生产率
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｃｌｉｐｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｉｔｓｔｕｒｎｉｎｇｈａｓｂｅｅｎｍａｄｅ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅａｄ－
ｖａｎｔａｇｅｏｆｔｈｅｌｉｎｅａｒｍｏｔｏｒｗｈｉｃｈｈａｓｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙｏｆｌｏｃａｔｉｏｎ，ａｎｄｕｎｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｈａｖｅｓｐｅｅｄｃｏｎｖｅｒｔｅｒｄｅｖｉｃｅ，ｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｆｅｅｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅｏｎｃｌｉｐｔｕｒｎｉｎｇｈａｓｂｅｅｎｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｉｔｈａｓｂｅｅｎｇｉｖｅｎｉｔｓｃａｌｃｕｌａｔ－ｉｎｇａｎｄｃｈｅｃｋｉｎｇｐｒｏｃｅｄｕｒｅｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｆｅｅｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅ’ｓｍａｉｎｐａｒｔｓ．Ｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｆｅｅｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅｄｅａｌｓｗｉｔｈｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｓａｆｅｔｙｈａｚａｒｄｗｈｉｃｈｏｃｃｕｒｓｉｎｔｈｅｍａｎｕａｌｆｅｅｄｉｎｇｏｆｃｌｉｐｔｕｒｎｉｎｇ．Ｉｎｔｈｅｍｅａｎｔｉｍｅｉｔｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｗｏｒｋｅｒｓ’ｌａｂｏｒ，ａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｌａｂｏｒｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｌｉｐ；Ｌｉｎｅａｒｍｏｔｏｒ；Ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｆｅｅｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅ；Ｌａｂｏｒｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ
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。外锥（含槽）、内锥、倒角等加在夹片加工过程中，如车削小端面、
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，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，同时保障工人的人身安全。
２总体结构及工作原理
２．１总体结构
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。
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
＊来稿日期：２００７－１２－０８
图２自动上料夹紧机构
夹片
铰链轴
推杆凸轮销组件天轨
架组件
直线电机
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"中图分类号：ＴＨ１２
片的受料、固定、传送功能。
图１夹片车外锥工序毛坯
直线电机推杆
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，为整侧板、和天轨个装置提供动力控制的部分；（２）支撑部分：由底座、
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
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°#１＝#２＝#＝０．２６，其弹性模量Ｅ１＝Ｅ２＝Ｅ＝２０６ＧＰａ，根据公式可得出
《５８０ＭＰａ。凸轮与推杆最大接触应力为２５９．８１６ＭＰａ
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，同时放开夹片，定位销往回缩。（４）机构直线退回，定位销伸出。（５）销组件翻转９０度到开始状态，准备下一次工作。
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＝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。
３．２凸轮送料机构设计及校核
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３凸轮送料机构
表１凸轮系统受力表
角位置（度）０７２．６９７２．９９８２．７６９０．００销上推杆受力（Ｎ）ＦＥ
１７．８１７
２１．６６５
３８．３９５
４３．３９８
３６．５９１
角位置（度）水平工紧水坪退回
销上推杆受力（Ｎ）ＦＥ
２４．９９９２２．５５２角位置（度）９０．００８２．８２７３．０７７２．８９０．０３销上推杆受力（Ｎ）ＦＥ
２８．９４４
３７．３８０
３２．９３０
２６．６４９
５．１６８
则凸轮与推杆的接触强度校核依据如下［２］：
’!Ｈ＝１２
!１－#２１１－#２
２＋１２
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。凸轮和推杆均选４５钢调质处理，硬度取２３０ＨＢＳ，其泊松比
定位销组件的结构，如图４所示。由销钉、销钉压缩弹簧、挡板、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，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。
夹片
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
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。
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。
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，１９９６３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）
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