肖似蹼，劉志輝，鄧維克

(邵陽(yáng)學(xué)院機(jī)械與能源工程系，湖南邵陽(yáng) 422000）

模塊化方形零件全自動(dòng)雙邊倒角機(jī)的設(shè)計(jì)

肖似蹼，劉志輝，鄧維克

(邵陽(yáng)學(xué)院機(jī)械與能源工程系，湖南邵陽(yáng) 422000）

方形零件，手工雙邊倒角效率低、一致性差，采用模塊化設(shè)計(jì)方法研制的方形零件雙邊自動(dòng)倒角機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)一定尺寸范圍內(nèi)方形零件雙邊自動(dòng)倒角，能調(diào)整刀具位置從而方便調(diào)節(jié)工件的雙邊倒角量，實(shí)現(xiàn)倒角一致性。介紹了方形零件雙邊自動(dòng)倒角機(jī)系統(tǒng)組成及模塊劃分，倒角機(jī)的動(dòng)作方案和一些關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)。通過對(duì)樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，能到達(dá)預(yù)期效果。

方形零件；雙邊自動(dòng)倒角機(jī)；模塊化設(shè)計(jì)

圖2 加工前和倒直角及倒圓角插腳模型

隨著移動(dòng)通信手持機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、錄像機(jī)、組合音響、激光視盤機(jī)、MP3、DVD等電子設(shè)備數(shù)量的逐年增加，作為這些設(shè)備的輔助元器件——插頭插座的需求量也日益增加。世界各國(guó)電源插頭插座形式各異，圖1為幾種常見類型，分別為幾個(gè)主要國(guó)家使用的插頭實(shí)體圖。圖中插腳為方形零件，雙邊需要進(jìn)行倒直角或倒圓角加工，現(xiàn)有技術(shù)是采用手動(dòng)或半自動(dòng)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行倒角加工，由于人工成本和生產(chǎn)效率問題，已不滿足實(shí)際需求。因此，迫切需要研制一種全自動(dòng)倒角機(jī)。作者根據(jù)加工要求，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)方法，研制了一種基于PLC控制的全自動(dòng)倒角機(jī)。圖2為加工前和加工后的插腳零件。

圖1 插頭實(shí)體圖

1 系統(tǒng)組成及模塊劃分

1.1 模塊化設(shè)計(jì)

模塊化設(shè)計(jì)［1］這個(gè)概念，最先是由歐美一些國(guó)家于20世紀(jì)50年代正式提出的。模塊化設(shè)計(jì)作為可適應(yīng)設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)、可重構(gòu)設(shè)計(jì)和大規(guī)模定制中的重要設(shè)計(jì)方法和核心技術(shù)，通過功能模塊的不同組合實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的用戶化和定制化設(shè)計(jì)。目前，模塊化設(shè)計(jì)的思想已滲透到許多領(lǐng)域，例如機(jī)床、減速器、家電、計(jì)算機(jī)以及家具等［2－3］。模塊化設(shè)計(jì)具體是指在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行市場(chǎng)預(yù)測(cè)、功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列通用功能模塊；根據(jù)用戶要求，對(duì)這些模塊進(jìn)行選擇和組合，就可以構(gòu)成不同功能、或功能相同但性能不同、規(guī)格不同的產(chǎn)品［1］。

1.2 系統(tǒng)組成及模塊劃分

倒角機(jī)由機(jī)架模塊、上料模塊、刀具驅(qū)動(dòng)模塊和工件驅(qū)動(dòng)模塊等四大模塊組成，如圖3和圖4所示，其中上料模塊、刀具驅(qū)動(dòng)模塊和工件驅(qū)動(dòng)模塊通過標(biāo)準(zhǔn)接口安裝在機(jī)架模塊上。上料模塊主要由振動(dòng)盤上料器、輸料槽、隔料氣缸組成，主要實(shí)現(xiàn)工件的準(zhǔn)確定姿、自動(dòng)上料和隔料 (例如每次從輸料槽中分離出一個(gè)工件到夾具中）等功能；刀具驅(qū)動(dòng)模塊主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、刀具驅(qū)動(dòng)軸及刀片組成；工件驅(qū)動(dòng)模塊主要由驅(qū)動(dòng)氣缸、滑動(dòng)工作臺(tái)、緩沖器、夾具體等組成。

圖3 倒角機(jī)組成框圖

圖4 倒角機(jī)三維模型模塊組成圖

2 自動(dòng)倒角機(jī)動(dòng)作方案

自動(dòng)倒角機(jī)的動(dòng)作方案如圖5所示，其系統(tǒng)大致由刀具1、皮帶輪2、電機(jī)3、夾具4、夾具驅(qū)動(dòng)氣缸5、工件隔料氣缸6、輸料槽7、工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)氣缸8組成。刀具1由兩片刀片重疊安裝在一驅(qū)動(dòng)軸上，重疊后的刀齒呈V狀，刀具1由電機(jī)3通過皮帶輪2驅(qū)動(dòng)；夾具4位于工作臺(tái)上，由夾具驅(qū)動(dòng)氣缸5控制夾具的夾緊和松開；振動(dòng)盤送料器使工件按一定位姿整齊有序地進(jìn)入到輸料槽7中，工件隔料氣缸6可以控制輸料槽7每次只有一個(gè)工件進(jìn)入到夾具4中，工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)氣缸8可以控制工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。其整個(gè)過程如下:初始位置時(shí)，工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)氣缸8活塞縮回，夾具4對(duì)準(zhǔn)輸料槽7，且處于松開狀態(tài)，工件隔料氣缸6活塞縮回，一個(gè)工件掉入夾具中，工件隔料氣缸6活塞迅速伸出，確保每次只有一個(gè)工件掉入夾具4內(nèi)，夾具驅(qū)動(dòng)氣缸5活塞伸出，使夾具4夾緊工件，工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)氣缸8驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，使工件與旋轉(zhuǎn)刀具1有一個(gè)相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)，由于重疊后的刀片刀齒呈V狀，工件從刀片上端部穿過后，實(shí)現(xiàn)了雙邊倒角功能，之后在落料處，松開夾具，實(shí)現(xiàn)落料，最后工作臺(tái)返回到初始位置處，實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整動(dòng)作，進(jìn)入到下一個(gè)循環(huán)。其工作流程圖如圖6所述。

圖5 自動(dòng)倒角機(jī)動(dòng)作方案

圖6 自動(dòng)倒角機(jī)工作流程

3 關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)

3.1 接口設(shè)計(jì)

實(shí)施模塊化設(shè)計(jì)的重要前提是產(chǎn)品系列化、模塊通用化和零件及接口的標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化是更大范圍內(nèi)的通用，可以是跨品種、跨廠家甚至是跨行業(yè)的通用。由于這種高度的通用化，使得這種標(biāo)準(zhǔn)件可以由工廠的單獨(dú)部門或?qū)ｉT的工廠去單獨(dú)進(jìn)行專業(yè)化制造，從而降低成本、節(jié)省材料。在模塊化設(shè)計(jì)中，為了經(jīng)濟(jì)地適應(yīng)多品種小批量的生產(chǎn)模式，盡量使用標(biāo)準(zhǔn)化的零件，并使相關(guān)的模塊之間的連接接口及結(jié)構(gòu)要素一致，或使其標(biāo)準(zhǔn)化，以便于裝配和互換［4］。

模塊化產(chǎn)品中，常見的接口有導(dǎo)軌副、燕尾槽、接頭以及常見的螺紋連接等。為了方便更換刀具從而實(shí)行零件的倒直角和倒圓角更換時(shí)，以及在一定尺寸范圍內(nèi)更換倒角零件，要求調(diào)整刀具的相對(duì)位置，在該自動(dòng)倒角機(jī)中采用的是燕尾槽接口，如圖7所示。

圖7 刀具安裝圖

刀具3裝在刀具安裝軸2上，通過螺母鎖緊，刀具安裝軸2裝在活動(dòng)塊1內(nèi)，固定塊4和活動(dòng)塊1用燕尾槽連接，其左側(cè)面沒有接觸，有個(gè)缺口，缺口可以塞鐵片等嵌入物。當(dāng)沒有塞嵌入物時(shí)，固定塊和活動(dòng)塊可以輕松做一個(gè)相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)；當(dāng)塞入嵌入物時(shí)，固定塊和活動(dòng)塊位置相對(duì)固定。固定塊4上固定有一連接塊5，連接塊5上有兩排螺絲6，上面一排螺絲為固定連接螺絲，主要實(shí)現(xiàn)連接塊5與固定塊4的連接；下面一排靠左和靠右邊的螺絲為上調(diào)螺絲7，分別與活動(dòng)塊1通過螺紋連接；中間位置的螺絲為下調(diào)螺絲8，其端面頂住活動(dòng)塊1。當(dāng)逆時(shí)針調(diào)節(jié)下調(diào)螺絲8使其向上移動(dòng)，然后順時(shí)針調(diào)節(jié)上調(diào)螺絲7，可以拉動(dòng)活動(dòng)塊向上移動(dòng)直到被下調(diào)螺絲8端面頂住，從而實(shí)現(xiàn)刀具向上方向的位置調(diào)節(jié)；同理，當(dāng)逆時(shí)針調(diào)節(jié)上調(diào)螺絲7，然后順時(shí)針調(diào)節(jié)下調(diào)螺絲8時(shí)，可以將活動(dòng)塊1往下頂，實(shí)現(xiàn)刀具向下方向的位置調(diào)節(jié)。

刀具垂直工件進(jìn)給方向的位置調(diào)整結(jié)構(gòu)如圖8所示，其調(diào)整方法如上所述。

圖8 刀具垂直工件進(jìn)給方向的位置調(diào)整結(jié)構(gòu)

3.2 夾具設(shè)計(jì)

夾具設(shè)計(jì)如圖9所示，它由夾具活動(dòng)塊1、夾具固定塊2、活動(dòng)夾具體3、固定夾具體4和夾具驅(qū)動(dòng)氣缸5組成。活動(dòng)夾具體3通過螺絲固定在夾具活動(dòng)塊1上，活動(dòng)夾具塊3由夾具驅(qū)動(dòng)氣缸5驅(qū)動(dòng)能繞一銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，固定夾具體4通過螺絲固定在固定夾具塊2上，固定夾具塊2固定在工作臺(tái)上，夾具驅(qū)動(dòng)氣缸5可以實(shí)現(xiàn)夾具的松開和夾緊，通過更換活動(dòng)夾具體3和固定夾具體4可以實(shí)現(xiàn)不同尺寸大小工件的裝夾。

圖9 倒角機(jī)俯視結(jié)構(gòu)圖

3.3 接頭設(shè)計(jì)

對(duì)于氣缸與工作元件的固定連接，工程上經(jīng)常采用圖10所示接頭設(shè)計(jì)，自動(dòng)倒角機(jī)的工作臺(tái)推動(dòng)氣缸與工作臺(tái)的連接方式如圖10(b）形式，活塞桿穿過凹形口，然后在接頭兩端面分別固定一個(gè)螺母實(shí)現(xiàn)固緊，有些場(chǎng)合采用圖10(c）、(d）形式，先將圖 (d）所示接頭與活塞桿通過螺紋連接在一起，圖 (c）所示接頭與工作元件通過螺絲連接在一起，然后將兩接頭嵌合在一塊就能實(shí)現(xiàn)氣缸與工作元件的連接。

圖10 固定連接接頭結(jié)構(gòu)圖

4 用于方形零件的雙邊自動(dòng)倒角系統(tǒng)

基于上述分析，完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，所研制的方形零件雙邊自動(dòng)倒角機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，倒角機(jī)劃分為機(jī)架模塊、上料模塊、刀具驅(qū)動(dòng)模塊和工件驅(qū)動(dòng)模塊。上料模塊主要由振動(dòng)盤上料器、輸料槽、隔料氣缸組成，主要實(shí)現(xiàn)工件的準(zhǔn)確定姿、自動(dòng)上料和隔料 (例如每次從輸料槽中分離出一個(gè)工件到夾具中）等功能，輸料槽與振動(dòng)盤上料器的出口連接，且通過角連接固定在機(jī)架上的一橫梁上。刀具驅(qū)動(dòng)模塊主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、刀具驅(qū)動(dòng)軸及刀片組成，刀具的上下方向位置和左右方向位可以調(diào)整。工件驅(qū)動(dòng)模塊主要由驅(qū)動(dòng)氣缸、滑動(dòng)工作臺(tái)、緩沖器、夾具體等組成，夾具位于滑動(dòng)工作臺(tái)上。其實(shí)物圖如圖11所示。

圖11 自動(dòng)倒角機(jī)實(shí)物照片

5 結(jié)論

(1）采用模塊化設(shè)計(jì)方法研制的方形零件雙邊自動(dòng)倒角機(jī)，可以通過更換刀具驅(qū)動(dòng)模塊比如刀具、工件驅(qū)動(dòng)模塊比如夾具，在一定尺寸范圍內(nèi)對(duì)方形零件進(jìn)行雙邊倒角。

(2）通過使用燕尾槽結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)刀具上下方向和左右方向的位置調(diào)整，能方便調(diào)節(jié)工件的雙邊倒角量，實(shí)現(xiàn)兩邊倒角量的均勻一致。

［1］PAHL G，BEITZW.Engineering Design:A Systematic Approach［M］.London:Springer-Verlag，1996.

［2］侯亮，唐任仲，徐燕申.產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)理論、技術(shù)與應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2004，40(1）:56-61.

［3］GU P，HASHEMIAN M，NEE A Y C.Adaptable Design［J］.CIRP Annals—Manufacturing Technology，2004，53(2）:539－557.

［4］賈延林.模塊化設(shè)計(jì)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1993:1－200.

Design of Automatic Bilateral Cham fering Machine for Square Parts Based on Modular Design Method

XIAO Sipu，LIU Zhihui，DENGWeike
(Shaoyang University，Shaoyang Hunan 422000，China）

The square parts，with manual bilateral cham fering，are low efficiency and poor consistency.The square parts automatic bilateral cham feringmachine，developed withmodular designmethod，can achieve a certain range of square parts automatic bilateral chamfering，and can adjust the cutter location to adjust bilateral chamfer amount of the work piece，realizing consistency.The system composition and module partition，chamferingmachinemovement scheme，and some key parts design were introduced.It is verified by the prototype experiments that the cham feringmachine can reach the expected effect.

Square parts；Bilateral automatic chamferingmachine；Modular design

TH6

B

1001－3881(2014）10－050－4

10.3969/j.issn.1001-3881.2014.10.015

2013－04－07

湖南省教育廳資助項(xiàng)目 (10C1191）；湖南省科技廳資助項(xiàng)目 (2012NK3101）

肖似蹼 (1966—），男，本科，講師，研究方向?yàn)榉菢?biāo)自動(dòng)化設(shè)備開發(fā)。E－mail:lzh840319@163.com。