模块化方形零件全自动双边倒角机的设计

肖似蹼，刘志辉，邓维克

(邵阳学院机械与能源工程系，湖南邵阳 422000）

模块化方形零件全自动双边倒角机的设计

肖似蹼，刘志辉，邓维克

(邵阳学院机械与能源工程系，湖南邵阳 422000）

方形零件，手工双边倒角效率低、一致性差，采用模块化设计方法研制的方形零件双边自动倒角机，可以实现一定尺寸范围内方形零件双边自动倒角，能调整刀具位置从而方便调节工件的双边倒角量，实现倒角一致性。介绍了方形零件双边自动倒角机系统组成及模块划分，倒角机的动作方案和一些关键零部件的设计。通过对样机进行试验，能到达预期效果。

方形零件；双边自动倒角机；模块化设计

图2 加工前和倒直角及倒圆角插脚模型

随着移动通信手持机、数码相机、录像机、组合音响、激光视盘机、MP3、DVD等电子设备数量的逐年增加，作为这些设备的辅助元器件——插头插座的需求量也日益增加。世界各国电源插头插座形式各异，图1为几种常见类型，分别为几个主要国家使用的插头实体图。图中插脚为方形零件，双边需要进行倒直角或倒圆角加工，现有技术是采用手动或半自动机械设备进行倒角加工，由于人工成本和生产效率问题，已不满足实际需求。因此，迫切需要研制一种全自动倒角机。作者根据加工要求，运用模块化设计方法，研制了一种基于PLC控制的全自动倒角机。图2为加工前和加工后的插脚零件。

图1 插头实体图

1 系统组成及模块划分

1.1 模块化设计

模块化设计［1］这个概念，最先是由欧美一些国家于20世纪50年代正式提出的。模块化设计作为可适应设计、绿色设计、可重构设计和大规模定制中的重要设计方法和核心技术，通过功能模块的不同组合实现产品的用户化和定制化设计。目前，模块化设计的思想已渗透到许多领域，例如机床、减速器、家电、计算机以及家具等［2－3］。模块化设计具体是指在对产品进行市场预测、功能分析的基础上，划分并设计出一系列通用功能模块；根据用户要求，对这些模块进行选择和组合，就可以构成不同功能、或功能相同但性能不同、规格不同的产品［1］。

1.2 系统组成及模块划分

倒角机由机架模块、上料模块、刀具驱动模块和工件驱动模块等四大模块组成，如图3和图4所示，其中上料模块、刀具驱动模块和工件驱动模块通过标准接口安装在机架模块上。上料模块主要由振动盘上料器、输料槽、隔料气缸组成，主要实现工件的准确定姿、自动上料和隔料 (例如每次从输料槽中分离出一个工件到夹具中）等功能；刀具驱动模块主要由驱动电机、刀具驱动轴及刀片组成；工件驱动模块主要由驱动气缸、滑动工作台、缓冲器、夹具体等组成。

图3 倒角机组成框图

图4 倒角机三维模型模块组成图

2 自动倒角机动作方案

自动倒角机的动作方案如图5所示，其系统大致由刀具1、皮带轮2、电机3、夹具4、夹具驱动气缸5、工件隔料气缸6、输料槽7、工作台驱动气缸8组成。刀具1由两片刀片重叠安装在一驱动轴上，重叠后的刀齿呈V状，刀具1由电机3通过皮带轮2驱动；夹具4位于工作台上，由夹具驱动气缸5控制夹具的夹紧和松开；振动盘送料器使工件按一定位姿整齐有序地进入到输料槽7中，工件隔料气缸6可以控制输料槽7每次只有一个工件进入到夹具4中，工作台驱动气缸8可以控制工作台的运动。其整个过程如下:初始位置时，工作台驱动气缸8活塞缩回，夹具4对准输料槽7，且处于松开状态，工件隔料气缸6活塞缩回，一个工件掉入夹具中，工件隔料气缸6活塞迅速伸出，确保每次只有一个工件掉入夹具4内，夹具驱动气缸5活塞伸出，使夹具4夹紧工件，工作台驱动气缸8驱动工作台运动，使工件与旋转刀具1有一个相对直线运动，由于重叠后的刀片刀齿呈V状，工件从刀片上端部穿过后，实现了双边倒角功能，之后在落料处，松开夹具，实现落料，最后工作台返回到初始位置处，实现一个完整动作，进入到下一个循环。其工作流程图如图6所述。

图5 自动倒角机动作方案

图6 自动倒角机工作流程

3 关键零部件设计

3.1 接口设计

实施模块化设计的重要前提是产品系列化、模块通用化和零件及接口的标准化。标准化是更大范围内的通用，可以是跨品种、跨厂家甚至是跨行业的通用。由于这种高度的通用化，使得这种标准件可以由工厂的单独部门或专门的工厂去单独进行专业化制造，从而降低成本、节省材料。在模块化设计中，为了经济地适应多品种小批量的生产模式，尽量使用标准化的零件，并使相关的模块之间的连接接口及结构要素一致，或使其标准化，以便于装配和互换［4］。

模块化产品中，常见的接口有导轨副、燕尾槽、接头以及常见的螺纹连接等。为了方便更换刀具从而实行零件的倒直角和倒圆角更换时，以及在一定尺寸范围内更换倒角零件，要求调整刀具的相对位置，在该自动倒角机中采用的是燕尾槽接口，如图7所示。

图7 刀具安装图

刀具3装在刀具安装轴2上，通过螺母锁紧，刀具安装轴2装在活动块1内，固定块4和活动块1用燕尾槽连接，其左侧面没有接触，有个缺口，缺口可以塞铁片等嵌入物。当没有塞嵌入物时，固定块和活动块可以轻松做一个相对直线运动；当塞入嵌入物时，固定块和活动块位置相对固定。固定块4上固定有一连接块5，连接块5上有两排螺丝6，上面一排螺丝为固定连接螺丝，主要实现连接块5与固定块4的连接；下面一排靠左和靠右边的螺丝为上调螺丝7，分别与活动块1通过螺纹连接；中间位置的螺丝为下调螺丝8，其端面顶住活动块1。当逆时针调节下调螺丝8使其向上移动，然后顺时针调节上调螺丝7，可以拉动活动块向上移动直到被下调螺丝8端面顶住，从而实现刀具向上方向的位置调节；同理，当逆时针调节上调螺丝7，然后顺时针调节下调螺丝8时，可以将活动块1往下顶，实现刀具向下方向的位置调节。

刀具垂直工件进给方向的位置调整结构如图8所示，其调整方法如上所述。

图8 刀具垂直工件进给方向的位置调整结构

3.2 夹具设计

夹具设计如图9所示，它由夹具活动块1、夹具固定块2、活动夹具体3、固定夹具体4和夹具驱动气缸5组成。活动夹具体3通过螺丝固定在夹具活动块1上，活动夹具块3由夹具驱动气缸5驱动能绕一销轴转动，固定夹具体4通过螺丝固定在固定夹具块2上，固定夹具块2固定在工作台上，夹具驱动气缸5可以实现夹具的松开和夹紧，通过更换活动夹具体3和固定夹具体4可以实现不同尺寸大小工件的装夹。

图9 倒角机俯视结构图

3.3 接头设计

对于气缸与工作元件的固定连接，工程上经常采用图10所示接头设计，自动倒角机的工作台推动气缸与工作台的连接方式如图10(b）形式，活塞杆穿过凹形口，然后在接头两端面分别固定一个螺母实现固紧，有些场合采用图10(c）、(d）形式，先将图 (d）所示接头与活塞杆通过螺纹连接在一起，图 (c）所示接头与工作元件通过螺丝连接在一起，然后将两接头嵌合在一块就能实现气缸与工作元件的连接。

图10 固定连接接头结构图

4 用于方形零件的双边自动倒角系统

基于上述分析，完成了系统的硬件设计，所研制的方形零件双边自动倒角机采用模块化设计，倒角机划分为机架模块、上料模块、刀具驱动模块和工件驱动模块。上料模块主要由振动盘上料器、输料槽、隔料气缸组成，主要实现工件的准确定姿、自动上料和隔料 (例如每次从输料槽中分离出一个工件到夹具中）等功能，输料槽与振动盘上料器的出口连接，且通过角连接固定在机架上的一横梁上。刀具驱动模块主要由驱动电机、刀具驱动轴及刀片组成，刀具的上下方向位置和左右方向位可以调整。工件驱动模块主要由驱动气缸、滑动工作台、缓冲器、夹具体等组成，夹具位于滑动工作台上。其实物图如图11所示。

图11 自动倒角机实物照片

5 结论

(1）采用模块化设计方法研制的方形零件双边自动倒角机，可以通过更换刀具驱动模块比如刀具、工件驱动模块比如夹具，在一定尺寸范围内对方形零件进行双边倒角。

(2）通过使用燕尾槽结构可以实现刀具上下方向和左右方向的位置调整，能方便调节工件的双边倒角量，实现两边倒角量的均匀一致。

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

［2］侯亮，唐任仲，徐燕申.产品模块化设计理论、技术与应用研究进展［J］.机械工程学报，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］贾延林.模块化设计［M］.北京:机械工业出版社，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

湖南省教育厅资助项目 (10C1191）；湖南省科技厅资助项目 (2012NK3101）

肖似蹼 (1966—），男，本科，讲师，研究方向为非标自动化设备开发。E－mail:lzh840319@163.com。