生產型扭轉機的研究與設計

湯雪峰

【摘 要】扭轉機主要是用于檢測材料的抗扭力學性能，對各種材料進行扭轉實驗，記錄下實時的扭矩和轉角之間的關系曲線，然后對試樣的扭轉性能進行分析，故也稱為扭轉試驗機。該類扭轉試驗機目前市場上較多。本課題研究的扭轉機主要是用于生產，屬于生產型設備。是用于將工件進行扭轉一個角度值。該扭轉機不僅滿足了生產需要，相比市場上同類產品來講，結構簡單，操作簡單、維護方便，且設備成本低，效率好。

【關鍵詞】扭轉機；生產型設備；效率好

中圖分類號： TK406 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）29-0102-002

【Abstract】Torsion machines are mainly used to test the torsional mechanical properties of materials. The torsion tests on various materials are performed to record the real-time curves of torque and angle. The torsional properties of the samples are also analyzed To reverse the testing machine. Such torsion testing machine on the market more. The research on the reverse machine is mainly used for production， which belongs to the production equipment. Is used to reverse the workpiece by an angle value. The twisting machine not only meets the production needs， compared to similar products on the market， the structure is simple， easy to operate， easy maintenance， and low equipment costs and good efficiency.

【Key words】Reverse machine； Production equipment； Good efficiency

0 引言

近年來科技不斷的發展，制造業的發展更是突飛猛進，各式各樣的生產型機器走向市場，幫助企業提高效率，提高利潤，安全地生產。由于設備越來越先進，價格也不菲。市面上一臺普通的扭轉機均價在五萬元左右，成本高。扭轉機的功能也多為扭轉試驗機。主要是用于檢測材料的抗扭力學性能，對各種材料進行扭轉實驗，記錄下實時的扭矩和轉角之間的關系曲線，然后對試樣的扭轉性能進行分析。而滿足生產需求的扭轉機目前市場上不多。本課題設計的這套扭轉機系統，是根據生產需要設計、開發的產品。主要應用于對汽車雨刮器中的雨刮片弧度的扭轉，可以根據產品需求扭轉不同弧度值。該扭轉機與同類產品相比，結構簡單，操作簡單，有效節約了成本，提高了效率。

1 扭轉機的結構及工作原理

扭轉機主要由氣缸，轉軸，轉軸支架，夾塊等機械部件和控制柜、安全光柵等電氣控制部件組成。主要工作原理為：扭轉機的一端有兩個夾塊，用于夾緊需要扭轉件的前部，扭轉機的另一端是一個轉軸，以夾持扭轉件的尾部。上電后，按下啟動按鈕，電磁閥控制氣缸伸出，帶動轉軸轉動，使扭轉件的一端相對于另一端發生了轉動，故使扭轉件產生形變。弧度值主要依據設計的不同弧度模具來確定。扭轉機主要工作參數為：

（1）扭轉件最大長度：250mm

（2）扭轉件最小長度：150mm

（3）最大扭轉角：30°

（4）扭轉角相對誤差：±2°

（5）扭轉方向：順時針單向

（6）供電電源： 220V 50Hz

2 扭轉機的機械設計

根據扭轉機工作性能要求，機械部分的設計主要包括：材料的選用、轉軸、轉軸支架、扭轉件夾塊、限位塊。

扭轉機完成機械組裝后，各機械部分如何進行協作運行來完成扭轉工作，其主要執行部件為氣缸。 執行過程為：當按下啟動按鈕后，第一個氣缸推出，將夾塊移動零件推出，與夾塊固定零件夾緊；然后第二個氣缸推出，帶動轉軸旋轉一定角度。完成扭轉后，第一個氣缸先縮回再縮回第二個氣缸。

2.1 材料選用

為保證有足夠的硬度夾緊及轉動扭轉件，扭轉機的材料選用45號鋼。并且所有對于鋼材料的外觀檢驗均應在正常照明，并模擬最終使用條件下進行。檢測過程中不使用放大鏡，所檢驗表面和人眼呈45°，要求表面光滑，不得有裂紋、劃傷、毛刺、黑點。所有外邊倒圓角R3.0。

2.2 轉軸

在扭轉機中，轉軸是主要的運動部件，負責帶動扭轉件轉動。轉軸中間的槽用于固定扭轉件，為了方便操作者放置扭轉件，設計為階梯式。主要參數為：

工間槽寬度

工件槽長度 151mm

上張口角度 30°

轉軸側面的有∮8螺紋孔，用于連接氣缸，完成旋轉動作。調整氣缸的位置即可調整轉軸的旋轉角度。該部件對于表面要求較高，不得出現毛刺，以便順利完成扭轉。

2.3 轉軸支架

轉軸支架用于固定轉軸，在轉軸兩側各有一個。將轉軸鑲嵌于兩支架的半圓孔內，除此之外沒有其它固定，使轉軸可以在支架內旋轉。兩個轉軸支架上各有四個深度為55mm的沉孔。其中∮20的孔用于固定螺絲，∮10的孔用于放置定位銷。

2.4 扭轉件夾塊endprint

扭轉件夾塊共有兩塊，前后各一塊，用于夾緊扭轉件前部。其中一塊為固定零件，稱為夾塊固定件。該零件無需置于限位塊的滑槽內，通過上方的螺紋孔及定位銷固定。

另一塊為移動零件，稱為夾塊移動件。移動零件由氣缸推動以夾住扭轉件。夾塊相鄰兩面不得有毛刺，以免在夾住扭轉件時，對扭轉件造成壓傷。

該夾塊移動件兩側有臺階，置于限位塊的滑槽內，限制其運動方向為前后運動。在滑槽內增加潤滑油，可減少摩擦力，延長氣缸的使用壽命。移動零件前側有15mm*1.5mm的槽，為扭轉件前部卡口；該零件不固定于工作臺面，后側有四個∮8的螺紋孔，用于連接氣缸。不同的產品尺寸不用，所以卡口的位置也有所不同，更換產品時可以更換相應的夾塊。

2.5 限位塊

限位塊共有兩個零件，分別置于夾塊零件的左右兩端，并通過兩側滑槽固定夾塊的移動零件。該限位塊上方有凹槽，為零件通過而設計。兩側限位塊下方均有滑槽，用于限制夾塊移動零件的前后移動。兩側限位塊同樣通過上方螺紋孔及定位銷固定于工作臺面上。

3 扭轉機的電氣控制設計

3.1 電路設計

電路的設計要盡可能滿足各方面的需求，既要可以安全可靠的完成扭轉機的運動，還要考慮到電路設計的簡單，方便日后的維修。

選用可靠的元器件是保證系統控制可靠性和安全性的基礎條件，同時還要考慮控制電路系統在正常工作情況下和故障情況下可能出現的狀態來進行合理規劃。在此基礎上，整個電路回路上必須要具有必要的保護措施，一般在電路中會設有過載、過流、短路等保護環節，或者是直接設置合閘、斷開等保護。本設計所采用的是接地保護、硬件保護和軟保護，硬件保護是直接在系統電路中串接一個急停旋鈕，在必要的情況下可直接關斷系統供電；軟保護是在控制程序當中設置的一個故障復位程序，用于解決常見故障。同時還增加了安全光柵保護功能。

3.2 氣路控制

在進行氣動回路的設計時，首先要了解一些基本工作要求，比如系統所需的工作力、控制方式、工作環境等。當收集到上述信息的時候，就要對所收集的信息進行數據分析，從而選擇合適的執行元件與一些輔助元件。

氣缸工作的平穩性直接影響到扭轉機的工作性能，所以在選用氣缸的時候必須要結合實際工作要求。

扭轉機對于氣缸的選用要滿足一下幾點：

（1）根據扭轉機動作功能對運動的要求以及控制系統對電信號收集方式的要求，選擇氣缸的結構形式及安裝方式；

（2）根據扭轉機所需力的大小來確定活塞桿的負載力，并計算出缸徑，再根據算出的缸徑選用標準化缸徑的氣缸；

（3）根據動作功能的實際應用要求來選定氣缸行程，為了便于安裝與調試，一般選用實際工作行程加大50～70mm為宜。

3.3 控制系統設計

扭轉機主要采用PLC來進行控制，選型為西門子s7-200系列。I/O點的分配，在保證其可以完成正常的控制的前提下，還需要預留一些I/O點，以便于在以后的維修或升級中可以使用。

4 總結

我國目前機械設計水平正在不斷的發展，各式各樣的生產機器被設計出來。提高生產效率，節約生產成本，保障生產安全等優點也體現在每臺機器上。

該扭轉機在實際生產中，簡化了市場上很多扭轉機復雜的操作過程，方便取放扭轉件，提高了生產效率。由于是開放式設計，所以在工作時可以看到扭轉的全過程。若出現問題可以及時處理。為維修，同時也為后續的改進工作提供了極大的便利。

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