摘 要：本設(shè)計(jì)是一種自主研究的新型自動(dòng)打孔機(jī)，包括轉(zhuǎn)盤式料倉，二級(jí)推桿，傳送軌道，夾緊裝置和打孔裝置。整個(gè)系統(tǒng)主要采用氣壓傳動(dòng)方式，打孔裝置使用絲杠螺母機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀具下壓旋轉(zhuǎn)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉆孔方式。轉(zhuǎn)盤式料倉依靠減速電機(jī)和角度傳感器的配合保證供料穩(wěn)定準(zhǔn)確。傳送軌道盡頭兩側(cè)裝有夾緊裝置，正上方安裝打孔裝置。料倉，傳送，夾緊，打孔四個(gè)工位在同一水平面，從而簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)的空間復(fù)雜程度。本設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)是保證食品的安全，打孔無碎屑?xì)埩?，空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。

關(guān)鍵詞：打孔；氣壓傳動(dòng)；絲杠螺母機(jī)構(gòu)；食品安全

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）26-0260-02

Abstract：This design is a self-study new type of automatic punching machine， including a rotary silo， secondary push rod， conveying track， clamping device and punching device. The entire system mainly adopts the pneumatic transmission method. The punching device uses the screw nut mechanism to drive the tool to rotate under pressure to replace the traditional drilling method. Rotary silos rely on the cooperation of gear motors and angle sensors to ensure stable and accurate feeding. A clamping device is installed on both sides of the transmission rail and a punching device is installed directly above it. Silo， transfer， clamping， and punching are all on the same level， simplifying the space complexity of the entire system. The starting point of this design is to ensure the safety of food， punching without debris residue， and the space structure is simple and reliable.

Keywords ：punching； air pressure transmission； screw nut mechanism； food safety

1 設(shè)計(jì)背景

椰子汁是人們十分喜愛的一種日常飲品，雖然有灌裝的椰子汁可以購買，但是相比新鮮的椰子汁而言，口味和營(yíng)養(yǎng)成分還是遜色不少。伴隨著各類自動(dòng)售貨機(jī)的普及，椰子也逐漸的成為自主銷售的對(duì)象，但是由于椰子的外殼堅(jiān)硬，通常需要專業(yè)銷售人員利用專用的工具方能開孔，且十分費(fèi)力。因此設(shè)計(jì)一種可用于自動(dòng)柜員機(jī)中的椰子打孔裝置將具有一定的實(shí)用意義。

2 打孔機(jī)的設(shè)計(jì)思路

一般的椰子自動(dòng)售貨機(jī)多采用鉆孔方式實(shí)現(xiàn)椰子打孔，此方法難免會(huì)使椰子外殼碎屑進(jìn)入椰子內(nèi)部，影響顧客口感。本設(shè)計(jì)采用刀具打孔以壓為主，轉(zhuǎn)為輔的方式，減少了外殼碎屑量，從而提高口感。且系統(tǒng)采用的是氣壓傳動(dòng)，比較液壓系統(tǒng)更加環(huán)保，確保食品加工過程的安全。

設(shè)計(jì)的主要?jiǎng)?chuàng)新是自主研究的打孔裝置，包括機(jī)殼，支架，滾珠絲杠螺母和刀具。創(chuàng)新點(diǎn)在于逆向利用絲杠螺母機(jī)構(gòu)的性質(zhì)，通過下壓絲杠，從而帶動(dòng)滾珠體下行并旋轉(zhuǎn)。（如圖1）以壓力為主要?jiǎng)恿?，輔以旋轉(zhuǎn)，確保椰子不會(huì)因受到過大的壓力而爆裂。絲杠上端（1）安裝在壓力缸上，下行壓力由壓力缸提供，滾珠體模塊（2）后通過螺栓安裝刀具架（3）整個(gè)滾珠絲杠機(jī)構(gòu)安置在一個(gè)圓柱形缸體中。

3 打孔機(jī)整體結(jié)構(gòu)

打孔機(jī)的總體裝配結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示，核心裝置位于外殼鋼架結(jié)構(gòu)中間位置，轉(zhuǎn)盤式料倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一次可以裝填20個(gè)椰子，內(nèi)外盤各10個(gè)，均勻分布于轉(zhuǎn)盤上，每個(gè)椰子間隔36°。轉(zhuǎn)盤上方橫梁固定一低速電機(jī)，電機(jī)前端與轉(zhuǎn)盤嚙合，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度由角度傳感器監(jiān)測(cè)并控制，確保低速電機(jī)每次轉(zhuǎn)動(dòng)36°。二級(jí)推桿固定在轉(zhuǎn)盤上方，傳送軌道的長(zhǎng)度可盛放3個(gè)椰子，其目的是減少整個(gè)系統(tǒng)縱向長(zhǎng)度，從而簡(jiǎn)化平面結(jié)構(gòu)所占的空間。傳送軌道末端的椰子即為所要加工產(chǎn)品，此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并無加工后傳送裝置，故加工后夾緊缸松開，倉門打開，顧客自行拿取。為了避免顧客拿取時(shí)噴廢料口氣體誤傷顧客，在PLC邏輯控制中加入定時(shí)器，為顧客拿取椰子提供充足的時(shí)間，此做法免除了了椰子加工后的傳送過程，節(jié)省了一大部分的傳送裝置設(shè)計(jì)。

4 系統(tǒng)工作過程

因?yàn)榱蟼}采用的轉(zhuǎn)盤式并配合二級(jí)推桿，故在控制時(shí)要判斷長(zhǎng)臂出還是短臂出。在顧客付款后系統(tǒng)會(huì)在轉(zhuǎn)盤上檢測(cè)是否存在椰子，并判斷是否需要讓電機(jī)轉(zhuǎn)位。如不需轉(zhuǎn)位再判斷伸出短臂還是長(zhǎng)臂。判斷長(zhǎng)短臂伸出是通過檢測(cè)轉(zhuǎn)盤上工件的位置狀態(tài)決定，如圖4所示，轉(zhuǎn)盤料倉分為兩圈，當(dāng)檢測(cè)到內(nèi)外圈都有工件時(shí)，電機(jī)不工作，判斷短臂伸出；當(dāng)內(nèi)圈無工件外圈有工件時(shí)，電機(jī)不工作，判斷長(zhǎng)臂伸出；當(dāng)內(nèi)外圈都無工件時(shí)，電機(jī)工作轉(zhuǎn)位后切換短臂伸出操作。

在判斷短臂或長(zhǎng)臂伸出后，工作過程如圖5所示，椰子會(huì)通過傳送軌道傳送至夾緊裝置位置，開始夾緊工作，夾緊位置會(huì)進(jìn)行有壓力檢測(cè)并且系統(tǒng)中配有減壓閥控制夾緊力不至過大。而后絲杠螺母機(jī)構(gòu)被壓力缸推動(dòng)并帶著刀具下行開始打孔工作，打孔結(jié)束刀具上行出料口打開，顧客可以直接取出食用，隨后刀具中存儲(chǔ)的廢料最后由噴氣口噴出。

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收稿日期：2018-8-5