黃金手鐲自動壓光機設備的研制

王 波，于復生，李歡歡，程啟良

（1.山東建筑大學 機電工程學院，濟南 250101；2.山東省高校機械工程創新技術重點實驗室，濟南 250101）

黃金手鐲自動壓光機設備的研制

王 波1,2，于復生1,2，李歡歡1，程啟良1

（1.山東建筑大學 機電工程學院，濟南 250101；2.山東省高校機械工程創新技術重點實驗室，濟南 250101）

介紹了一種對黃金手鐲表面自動壓光處理的設備，該設備主要由兩個直流電機和一個步進電機產生動力，由支撐體對黃金手鐲進行支撐，由傳動組件進行傳動，該黃金手鐲自動壓光機設備只需人工將手鐲放到手鐲支撐體上，在兩個直流電機的帶動下，手鐲和壓光針進行轉動，在步進電機的帶動下實現手鐲的徑向擺動，該設備設計結構簡潔，操作方便。使用結果表明：手鐲自動壓光機可以均勻迅速的將手鐲表面進行壓光處理，每分鐘可完成一件，滿足自動壓光的要求。

自動壓光；均勻；效率高；操作方便

0　引言

黃金手鐲的生產，主要采用模具鑄造、表面壓光的生產方式，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回摩擦而使黃金手鐲表面產生光亮的一種工藝[1,2]。目前該工藝主要由人工完成，耗費人工大，成品一致性差，同時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量的生產，因此需要設計一套自動化壓光的黃金手鐲壓光機，隨著壓光技術的不斷發展，其在表面壓光方面的應用日益增多[3～8]，該設計不僅在加工上解放勞動力，解決了勞動力價格不斷增加的尷尬趨勢，而且在加工效率上有大幅度的提升。

本文設計了黃金手鐲自動壓光機設備，對設備的機械裝置和控制系統進行了設計，使黃金手鐲在整個壓光過程中能夠自動連續地進行，并實現了對黃金手鐲轉動、擺動和壓光針轉動的單獨控制，通過改變各部分電機的轉速可以改變加工的速度，可調節性強，且操作簡便、運行穩定。

1　壓光機設備的總體結構

黃金手鐲自動壓光機設備，它是由擺動撥叉、手鐲支撐體、絲杠步進電機、直流電機Ⅰ、中間夾體、直流電機Ⅱ、滑塊和側支撐板等主要構件組成的，設備的整體結構如圖1所示。

圖1　黃金手鐲自動壓光機設備

為了實現黃金手鐲表面的壓光處理，需要穩定可靠的機械系統和控制系統，本文所設計的黃金手鐲自動壓光機設備是由底座、導軌、側支撐板、擺動撥叉、直流電機I、連接板、軸承、手鐲支撐體、壓光針、擺件、絲杠步進電機、中間夾體、立板、直流電機II、飛輪、傳動撥軸、滑塊組成的，整個系統的安裝過程為：將底座平放在工作臺上，將立板、導軌、絲杠步進電機安裝在底座上，滑塊安放在導軌上，然后將擺動撥叉安裝在滑塊上，將手鐲支撐體通過軸承與連接板配合，并一塊安裝在2塊側支撐板上，組裝完成后安裝在底座上，將直流電機I安裝進手鐲支撐體中，然后將中間夾體安放在前后2個擺件中，同時將壓光針從中穿過，與前后兩個擺件安裝在一起，將直流電機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，可根據需要進行移動，與安裝在擺動底板上的霍爾器件構成了“傳感器—檢測元件”，控制系統可檢測到磁鐵后進行反向運動，從而打磨在兩塊磁鐵之間的手鐲部分，將整個手鐲弧面分段打磨。

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，其安裝結構圖如圖2所示。

圖2　手鐲支撐體結構圖

手鐲支撐體主要用來實現對手鐲的夾持工作，安裝時：將爪軸安裝在支撐底盤上，然后支撐爪通過爪軸安裝在支撐底盤上，并能夠實現繞爪軸旋轉，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，將手鐲放置在3個支撐爪頂端所圍成的外圓上，順時針旋轉手柄凸輪，支撐爪沿著手柄凸輪斜爪的漸開線旋轉，將支撐爪向外撐開把手鐲夾持緊固，手鐲支撐體采用手柄凸輪結構來固定，結構簡單、操作方便、支撐效果好，可有效防止手鐲松動并實現手鐲的實時安裝和拆卸。

1.2擺動撥叉

擺動撥叉的結構分為前立槽、絲杠孔、中間橫槽、撥叉孔、螺釘孔，其結構圖如圖3所示。

圖3　擺動撥叉結構圖

擺動撥叉結構分為前立槽、絲杠孔、中間橫槽、撥叉孔、螺釘孔，絲杠孔與步進電機的輸出軸連接，前立槽可助于步進電機的輸出軸穿過，撥叉孔與傳動撥軸連接，中間橫槽給傳動撥軸提供穿插空間，螺釘孔與滑塊連接，擺動撥叉各部分結構緊湊，將前后運動變為手鐲的弧形運動，完成手鐲的前后擺動，實現了手鐲弧面的加工。

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，夾體外殼機構上有彈簧槽和側面滑槽，其結構圖如圖4所示。

圖4　中間夾體結構圖

中間夾體體積小、結構緊湊，對壓光針的定位準確，同時可以在上面彈簧作用下上下移動，以實現壓光針的上下位置調節，又通過針固定塊整體的圓柱形結構，實現針在中間夾體中轉動，從而帶動壓光針調節角度，側面滑槽使中間夾體在相應軌道上滑動，并對限制其前后的晃動，實現了壓光針的可調節性，與手鐲弧面的充分接觸。

2　控制系統的設計

電機的旋轉控制由單片機指令控制，采用STC89C52作為核心控制芯片，控制簡單精確，大大提高了壓光機的工作效率，由單片機發出指令對直流電機I和直流電機II進行分別控制，實現對直流電機I正反轉運動控制，對直流電機II進行單方向運動控制，可根據實際的手鐲種類進行調速，具體加工的流程如圖5所示。

系統的控制電路如圖6所示。

3　設備的工作原理

黃金手鐲自動壓光機設備的工作原理是：手鐲加工前由加工人員將手鐲放置在擋圈上，旋轉手柄凸輪帶動支撐爪把手鐲固定緊，具體的說是支撐爪沿著凸輪爪的漸開線向外擴大支撐，支撐爪的三個爪與手鐲接觸，從而把手鐲頂緊；然后調節中間夾體在擺件中的上下位置來調節壓光針的高度，使壓光針與手鐲完全接觸。然后打開電源，此時直流電機I運行帶動底盤轉動，由于手鐲也固定在底盤上，所以也隨之轉動，電源接通的同時直流電機II運行，通過飛輪帶動擺件擺動，壓光針也隨之轉動并對手鐲表面進行壓光，絲杠步進電機在接通電源時開始正反轉運動，絲杠步進電機的絲杠軸帶動擺動撥叉沿導軌來回滑動，擺動撥叉的滑動通過傳動撥軸使得手鐲支撐體前后擺動，壓光針與手鐲弧面充分接觸，并在旋轉過程中完成手鐲的壓光。

圖5　加工流程圖

圖6　系統控制電路圖

4　主要技術參數

黃金手鐲自動壓光機的主要技術參數包括：電動機功率、工作溫度范圍、額定功率、加工速度等，其性能參數如下：

電動機的功率：30W；

電機轉速：5000r/min；

工作溫度范圍：-20℃～80℃；

設計使用壽命：8h×10年；

平均加工速度：1件/分鐘。

5　結論

本文設計的黃金手鐲自動壓光機設備主要是運用單片機作為控制的核心，加上巧妙的機械系統完成了手鐲表面的壓光處理，采用直流電機Ⅰ控制手鐲的轉動、直流電機Ⅱ控制壓光針的轉動、步進電機控制手鐲的擺動實現了各部分的單獨控制，調整直流電機和步進電機的運行速度，即可調整打磨速度；在應用方面，該設備具有操作簡便、運行穩定、精度高的特點，能夠減少大量的勞動力，大大提高了自動化水平。經過實際運行試驗，該黃金手鐲自動壓光機設備完全滿足目前的需求，在精度和效率上都有很大的提高，在工業機械應用中，有著極為廣泛的應用前景。

[1] 趙進起.擠壓珩磨的應用和其工藝參數的選用[J].新技術新工藝,1987:07:24-27.

[2] 黃海基,江聽.模具表面加工新技術—擠壓珩磨[J].金屬成形工藝,1992,2:18-21.

[3] 趙秋樂.磨料流拋光機及其工藝參數研究[D].重慶:重慶大學,2011.

[4] 鐘炎生.光澤壓光機[J].中國造紙,1998,06:44-47.

【】【】

[5] 喬麗光.擠壓珩磨技術及應用[J].山西機械,1999,2(增刊),2:40-41.

[6] A.-K.Vynckier, H. Lin, J.A. Zeitler, J.-F. Willart, E. Bongaers, J. Voorspoels, J.P. Remon,C.Vervaet . Calendering as a direct shaping tool for the continuous production of fixed-dose combination products via co-extrusion[J].European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics,2015,96(10):125-131.

[7] A. Hernández,J. Arcos,F.Méndez, O. Bautista.Effect of pressure-dependent viscosity on the exiting sheet thickness in thecalendering of Newtonian fluids[A].Applied Mathematical Modelling[C].2013,37(6):6952-6963.

[8] J.C. Arcos, O. Bautista,F.Méndez, E.G. Bautista. Sensitivity of calendered thickness to temperature variations for Newtonian fluids[J].European Journal of Mechanics-B/Fluids,2012,36(11-12):97-103.

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

國家自然基金資助項目（51075245）

王波（1981 -），男，山東濰坊人，碩士研究生，研究方向為工業機器人工程及機電精密測控系統。