可用于自動柜員機中的椰子打孔機的設計

摘 要：本設計是一種自主研究的新型自動打孔機，包括轉盤式料倉，二級推桿，傳送軌道，夾緊裝置和打孔裝置。整個系統主要采用氣壓傳動方式，打孔裝置使用絲杠螺母機構帶動刀具下壓旋轉代替傳統的鉆孔方式。轉盤式料倉依靠減速電機和角度傳感器的配合保證供料穩定準確。傳送軌道盡頭兩側裝有夾緊裝置，正上方安裝打孔裝置。料倉，傳送，夾緊，打孔四個工位在同一水平面，從而簡化了整個系統的空間復雜程度。本設計出發點是保證食品的安全，打孔無碎屑殘留，空間結構簡單可靠。

關鍵詞：打孔；氣壓傳動；絲杠螺母機構；食品安全

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：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 設計背景

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，口味和營養成分還是遜色不少。伴隨著各類自動售貨機的普及，椰子也逐漸的成為自主銷售的對象，但是由于椰子的外殼堅硬，通常需要專業銷售人員利用專用的工具方能開孔，且十分費力。因此設計一種可用于自動柜員機中的椰子打孔裝置將具有一定的實用意義。

2 打孔機的設計思路

一般的椰子自動售貨機多采用鉆孔方式實現椰子打孔，此方法難免會使椰子外殼碎屑進入椰子內部，影響顧客口感。本設計采用刀具打孔以壓為主，轉為輔的方式，減少了外殼碎屑量，從而提高口感。且系統采用的是氣壓傳動，比較液壓系統更加環保，確保食品加工過程的安全。

設計的主要創新是自主研究的打孔裝置，包括機殼，支架，滾珠絲杠螺母和刀具。創新點在于逆向利用絲杠螺母機構的性質，通過下壓絲杠，從而帶動滾珠體下行并旋轉。（如圖1）以壓力為主要動力，輔以旋轉，確保椰子不會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）整個滾珠絲杠機構安置在一個圓柱形缸體中。

3 打孔機整體結構

打孔機的總體裝配結構如圖2、圖3所示，核心裝置位于外殼鋼架結構中間位置，轉盤式料倉結構設計，一次可以裝填20個椰子，內外盤各10個，均勻分布于轉盤上，每個椰子間隔36°。轉盤上方橫梁固定一低速電機，電機前端與轉盤嚙合，電機轉動角度由角度傳感器監測并控制，確保低速電機每次轉動36°。二級推桿固定在轉盤上方，傳送軌道的長度可盛放3個椰子，其目的是減少整個系統縱向長度，從而簡化平面結構所占的空間。傳送軌道末端的椰子即為所要加工產品，此結構設計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噴廢料口氣體誤傷顧客，在PLC邏輯控制中加入定時器，為顧客拿取椰子提供充足的時間，此做法免除了了椰子加工后的傳送過程，節省了一大部分的傳送裝置設計。

4 系統工作過程

因為料倉采用的轉盤式并配合二級推桿，故在控制時要判斷長臂出還是短臂出。在顧客付款后系統會在轉盤上檢測是否存在椰子，并判斷是否需要讓電機轉位。如不需轉位再判斷伸出短臂還是長臂。判斷長短臂伸出是通過檢測轉盤上工件的位置狀態決定，如圖4所示，轉盤料倉分為兩圈，當檢測到內外圈都有工件時，電機不工作，判斷短臂伸出；當內圈無工件外圈有工件時，電機不工作，判斷長臂伸出；當內外圈都無工件時，電機工作轉位后切換短臂伸出操作。

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

參考文獻

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收稿日期：2018-8-5