王 波，于復(fù)生，李歡歡，程啟良

（1.山東建筑大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，濟(jì)南 250101；2.山東省高校機(jī)械工程創(chuàng)新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250101）

黃金手鐲自動(dòng)壓光機(jī)設(shè)備的研制

王 波1,2，于復(fù)生1,2，李歡歡1，程啟良1

（1.山東建筑大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，濟(jì)南 250101；2.山東省高校機(jī)械工程創(chuàng)新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250101）

介紹了一種對(duì)黃金手鐲表面自動(dòng)壓光處理的設(shè)備，該設(shè)備主要由兩個(gè)直流電機(jī)和一個(gè)步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力，由支撐體對(duì)黃金手鐲進(jìn)行支撐，由傳動(dòng)組件進(jìn)行傳動(dòng)，該黃金手鐲自動(dòng)壓光機(jī)設(shè)備只需人工將手鐲放到手鐲支撐體上，在兩個(gè)直流電機(jī)的帶動(dòng)下，手鐲和壓光針進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)手鐲的徑向擺動(dòng)，該設(shè)備設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，操作方便。使用結(jié)果表明：手鐲自動(dòng)壓光機(jī)可以均勻迅速的將手鐲表面進(jìn)行壓光處理，每分鐘可完成一件，滿足自動(dòng)壓光的要求。

自動(dòng)壓光；均勻；效率高；操作方便

0　引言

黃金手鐲的生產(chǎn)，主要采用模具鑄造、表面壓光的生產(chǎn)方式，表面壓光是采用諸如金剛刀、琥珀刀等刀具在手鐲表面上來(lái)回摩擦而使黃金手鐲表面產(chǎn)生光亮的一種工藝[1,2]。目前該工藝主要由人工完成，耗費(fèi)人工大，成品一致性差，同時(shí)黃金手鐲的需求量也不斷增加，要求黃金手鐲能夠大批量且高質(zhì)量的生產(chǎn)，因此需要設(shè)計(jì)一套自動(dòng)化壓光的黃金手鐲壓光機(jī)，隨著壓光技術(shù)的不斷發(fā)展，其在表面壓光方面的應(yīng)用日益增多[3～8]，該設(shè)計(jì)不僅在加工上解放勞動(dòng)力，解決了勞動(dòng)力價(jià)格不斷增加的尷尬趨勢(shì)，而且在加工效率上有大幅度的提升。

本文設(shè)計(jì)了黃金手鐲自動(dòng)壓光機(jī)設(shè)備，對(duì)設(shè)備的機(jī)械裝置和控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使黃金手鐲在整個(gè)壓光過(guò)程中能夠自動(dòng)連續(xù)地進(jìn)行，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)黃金手鐲轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)和壓光針轉(zhuǎn)動(dòng)的單獨(dú)控制，通過(guò)改變各部分電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以改變加工的速度，可調(diào)節(jié)性強(qiáng)，且操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行穩(wěn)定。

1　壓光機(jī)設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)

黃金手鐲自動(dòng)壓光機(jī)設(shè)備，它是由擺動(dòng)撥叉、手鐲支撐體、絲杠步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)Ⅰ、中間夾體、直流電機(jī)Ⅱ、滑塊和側(cè)支撐板等主要構(gòu)件組成的，設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　黃金手鐲自動(dòng)壓光機(jī)設(shè)備

為了實(shí)現(xiàn)黃金手鐲表面的壓光處理，需要穩(wěn)定可靠的機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，本文所設(shè)計(jì)的黃金手鐲自動(dòng)壓光機(jī)設(shè)備是由底座、導(dǎo)軌、側(cè)支撐板、擺動(dòng)撥叉、直流電機(jī)I、連接板、軸承、手鐲支撐體、壓光針、擺件、絲杠步進(jìn)電機(jī)、中間夾體、立板、直流電機(jī)II、飛輪、傳動(dòng)撥軸、滑塊組成的，整個(gè)系統(tǒng)的安裝過(guò)程為：將底座平放在工作臺(tái)上，將立板、導(dǎo)軌、絲杠步進(jìn)電機(jī)安裝在底座上，滑塊安放在導(dǎo)軌上，然后將擺動(dòng)撥叉安裝在滑塊上，將手鐲支撐體通過(guò)軸承與連接板配合，并一塊安裝在2塊側(cè)支撐板上，組裝完成后安裝在底座上，將直流電機(jī)I安裝進(jìn)手鐲支撐體中，然后將中間夾體安放在前后2個(gè)擺件中，同時(shí)將壓光針從中穿過(guò)，與前后兩個(gè)擺件安裝在一起，將直流電機(jī)II與飛輪連接并一起固定在立板上，飛輪的短軸安裝在后邊擺件的豎槽中，放置在支撐底盤上的磁鐵有兩塊，可根據(jù)需要進(jìn)行移動(dòng)，與安裝在擺動(dòng)底板上的霍爾器件構(gòu)成了“傳感器—檢測(cè)元件”，控制系統(tǒng)可檢測(cè)到磁鐵后進(jìn)行反向運(yùn)動(dòng)，從而打磨在兩塊磁鐵之間的手鐲部分，將整個(gè)手鐲弧面分段打磨。

1.1手鐲支撐體

手鐲支撐體是由支撐底盤、支撐爪、擋圈、手柄凸輪和爪軸組成的，其安裝結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2　手鐲支撐體結(jié)構(gòu)圖

手鐲支撐體主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)手鐲的夾持工作，安裝時(shí)：將爪軸安裝在支撐底盤上，然后支撐爪通過(guò)爪軸安裝在支撐底盤上，并能夠?qū)崿F(xiàn)繞爪軸旋轉(zhuǎn)，手柄凸輪安裝在支撐底盤中間安裝孔中，安裝完成后將擋圈放置在支撐底盤上，擋圈可有效防止支撐爪的掉落；在使用時(shí)，將手鐲放置在3個(gè)支撐爪頂端所圍成的外圓上，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手柄凸輪，支撐爪沿著手柄凸輪斜爪的漸開(kāi)線旋轉(zhuǎn)，將支撐爪向外撐開(kāi)把手鐲夾持緊固，手鐲支撐體采用手柄凸輪結(jié)構(gòu)來(lái)固定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、支撐效果好，可有效防止手鐲松動(dòng)并實(shí)現(xiàn)手鐲的實(shí)時(shí)安裝和拆卸。

1.2擺動(dòng)撥叉

擺動(dòng)撥叉的結(jié)構(gòu)分為前立槽、絲杠孔、中間橫槽、撥叉孔、螺釘孔，其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3　擺動(dòng)撥叉結(jié)構(gòu)圖

擺動(dòng)撥叉結(jié)構(gòu)分為前立槽、絲杠孔、中間橫槽、撥叉孔、螺釘孔，絲杠孔與步進(jìn)電機(jī)的輸出軸連接，前立槽可助于步進(jìn)電機(jī)的輸出軸穿過(guò)，撥叉孔與傳動(dòng)撥軸連接，中間橫槽給傳動(dòng)撥軸提供穿插空間，螺釘孔與滑塊連接，擺動(dòng)撥叉各部分結(jié)構(gòu)緊湊，將前后運(yùn)動(dòng)變?yōu)槭骤C的弧形運(yùn)動(dòng)，完成手鐲的前后擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了手鐲弧面的加工。

1.3中間夾體

中間夾體部分主要由針固定塊和夾體外殼組成，夾體外殼機(jī)構(gòu)上有彈簧槽和側(cè)面滑槽，其結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4　中間夾體結(jié)構(gòu)圖

中間夾體體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，對(duì)壓光針的定位準(zhǔn)確，同時(shí)可以在上面彈簧作用下上下移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)壓光針的上下位置調(diào)節(jié)，又通過(guò)針固定塊整體的圓柱形結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)針在中間夾體中轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)壓光針調(diào)節(jié)角度，側(cè)面滑槽使中間夾體在相應(yīng)軌道上滑動(dòng)，并對(duì)限制其前后的晃動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了壓光針的可調(diào)節(jié)性，與手鐲弧面的充分接觸。

2　控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電機(jī)的旋轉(zhuǎn)控制由單片機(jī)指令控制，采用STC89C52作為核心控制芯片，控制簡(jiǎn)單精確，大大提高了壓光機(jī)的工作效率，由單片機(jī)發(fā)出指令對(duì)直流電機(jī)I和直流電機(jī)II進(jìn)行分別控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)I正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制，對(duì)直流電機(jī)II進(jìn)行單方向運(yùn)動(dòng)控制，可根據(jù)實(shí)際的手鐲種類進(jìn)行調(diào)速，具體加工的流程如圖5所示。

系統(tǒng)的控制電路如圖6所示。

3　設(shè)備的工作原理

黃金手鐲自動(dòng)壓光機(jī)設(shè)備的工作原理是：手鐲加工前由加工人員將手鐲放置在擋圈上，旋轉(zhuǎn)手柄凸輪帶動(dòng)支撐爪把手鐲固定緊，具體的說(shuō)是支撐爪沿著凸輪爪的漸開(kāi)線向外擴(kuò)大支撐，支撐爪的三個(gè)爪與手鐲接觸，從而把手鐲頂緊；然后調(diào)節(jié)中間夾體在擺件中的上下位置來(lái)調(diào)節(jié)壓光針的高度，使壓光針與手鐲完全接觸。然后打開(kāi)電源，此時(shí)直流電機(jī)I運(yùn)行帶動(dòng)底盤轉(zhuǎn)動(dòng)，由于手鐲也固定在底盤上，所以也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，電源接通的同時(shí)直流電機(jī)II運(yùn)行，通過(guò)飛輪帶動(dòng)擺件擺動(dòng)，壓光針也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)并對(duì)手鐲表面進(jìn)行壓光，絲杠步進(jìn)電機(jī)在接通電源時(shí)開(kāi)始正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，絲杠步進(jìn)電機(jī)的絲杠軸帶動(dòng)擺動(dòng)撥叉沿導(dǎo)軌來(lái)回滑動(dòng)，擺動(dòng)撥叉的滑動(dòng)通過(guò)傳動(dòng)撥軸使得手鐲支撐體前后擺動(dòng)，壓光針與手鐲弧面充分接觸，并在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中完成手鐲的壓光。

圖5　加工流程圖

圖6　系統(tǒng)控制電路圖

4　主要技術(shù)參數(shù)

黃金手鐲自動(dòng)壓光機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)包括：電動(dòng)機(jī)功率、工作溫度范圍、額定功率、加工速度等，其性能參數(shù)如下：

電動(dòng)機(jī)的功率：30W；

電機(jī)轉(zhuǎn)速：5000r/min；

工作溫度范圍：-20℃～80℃；

設(shè)計(jì)使用壽命：8h×10年；

平均加工速度：1件/分鐘。

5　結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的黃金手鐲自動(dòng)壓光機(jī)設(shè)備主要是運(yùn)用單片機(jī)作為控制的核心，加上巧妙的機(jī)械系統(tǒng)完成了手鐲表面的壓光處理，采用直流電機(jī)Ⅰ控制手鐲的轉(zhuǎn)動(dòng)、直流電機(jī)Ⅱ控制壓光針的轉(zhuǎn)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)控制手鐲的擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)了各部分的單獨(dú)控制，調(diào)整直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度，即可調(diào)整打磨速度；在應(yīng)用方面，該設(shè)備具有操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行穩(wěn)定、精度高的特點(diǎn)，能夠減少大量的勞動(dòng)力，大大提高了自動(dòng)化水平。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)，該黃金手鐲自動(dòng)壓光機(jī)設(shè)備完全滿足目前的需求，在精度和效率上都有很大的提高，在工業(yè)機(jī)械應(yīng)用中，有著極為廣泛的應(yīng)用前景。

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Development of gold bracelets automatic calender equipment

WANG Bo1,2, YU Fu-sheng1,2, LI Huan-huan1, CHENG Qi-liang1

TP23

A

1009-0134(2016)02-0126-03

2015-10-23

國(guó)家自然基金資助項(xiàng)目（51075245）

王波（1981 -），男，山東濰坊人，碩士研究生，研究方向?yàn)楣I(yè)機(jī)器人工程及機(jī)電精密測(cè)控系統(tǒng)。