生产型扭转机的研究与设计

汤雪峰

【摘 要】扭转机主要是用于检测材料的抗扭力学性能，对各种材料进行扭转实验，记录下实时的扭矩和转角之间的关系曲线，然后对试样的扭转性能进行分析，故也称为扭转试验机。该类扭转试验机目前市场上较多。本课题研究的扭转机主要是用于生产，属于生产型设备。是用于将工件进行扭转一个角度值。该扭转机不仅满足了生产需要，相比市场上同类产品来讲，结构简单，操作简单、维护方便，且设备成本低，效率好。

【关键词】扭转机；生产型设备；效率好

中图分类号： TK406 文献标识码： A 文章编号： 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

近年來科技不断的发展，制造业的发展更是突飞猛进，各式各样的生产型机器走向市场，帮助企业提高效率，提高利润，安全地生产。由于设备越来越先进，价格也不菲。市面上一台普通的扭转机均价在五万元左右，成本高。扭转机的功能也多为扭转试验机。主要是用于检测材料的抗扭力学性能，对各种材料进行扭转实验，记录下实时的扭矩和转角之间的关系曲线，然后对试样的扭转性能进行分析。而满足生产需求的扭转机目前市场上不多。本课题设计的这套扭转机系统，是根据生产需要设计、开发的产品。主要应用于对汽车雨刮器中的雨刮片弧度的扭转，可以根据产品需求扭转不同弧度值。该扭转机与同类产品相比，结构简单，操作简单，有效节约了成本，提高了效率。

1 扭转机的结构及工作原理

扭转机主要由气缸，转轴，转轴支架，夹块等机械部件和控制柜、安全光栅等电气控制部件组成。主要工作原理为：扭转机的一端有两个夹块，用于夹紧需要扭转件的前部，扭转机的另一端是一个转轴，以夹持扭转件的尾部。上电后，按下启动按钮，电磁阀控制气缸伸出，带动转轴转动，使扭转件的一端相对于另一端发生了转动，故使扭转件产生形变。弧度值主要依据设计的不同弧度模具来确定。扭转机主要工作参数为：

（1）扭转件最大长度：250mm

（2）扭转件最小长度：150mm

（3）最大扭转角：30°

（4）扭转角相对误差：±2°

（5）扭转方向：顺时针单向

（6）供电电源： 220V 50Hz

2 扭转机的机械设计

根据扭转机工作性能要求，机械部分的设计主要包括：材料的选用、转轴、转轴支架、扭转件夹块、限位块。

扭转机完成机械组装后，各机械部分如何进行协作运行来完成扭转工作，其主要执行部件为气缸。 执行过程为：当按下启动按钮后，第一个气缸推出，将夹块移动零件推出，与夹块固定零件夹紧；然后第二个气缸推出，带动转轴旋转一定角度。完成扭转后，第一个气缸先缩回再缩回第二个气缸。

2.1 材料选用

为保证有足够的硬度夹紧及转动扭转件，扭转机的材料选用45号钢。并且所有对于钢材料的外观检验均应在正常照明，并模拟最终使用条件下进行。检测过程中不使用放大镜，所检验表面和人眼呈45°，要求表面光滑，不得有裂纹、划伤、毛刺、黑点。所有外边倒圆角R3.0。

2.2 转轴

在扭转机中，转轴是主要的运动部件，负责带动扭转件转动。转轴中间的槽用于固定扭转件，为了方便操作者放置扭转件，设计为阶梯式。主要参数为：

工间槽宽度

工件槽长度 151mm

上张口角度 30°

转轴侧面的有∮8螺纹孔，用于连接气缸，完成旋转动作。调整气缸的位置即可调整转轴的旋转角度。该部件对于表面要求较高，不得出现毛刺，以便顺利完成扭转。

2.3 转轴支架

转轴支架用于固定转轴，在转轴两侧各有一个。将转轴镶嵌于两支架的半圆孔内，除此之外没有其它固定，使转轴可以在支架内旋转。两个转轴支架上各有四个深度为55mm的沉孔。其中∮20的孔用于固定螺丝，∮10的孔用于放置定位销。

2.4 扭转件夹块endprint

扭转件夹块共有两块，前后各一块，用于夹紧扭转件前部。其中一块为固定零件，称为夹块固定件。该零件无需置于限位块的滑槽内，通过上方的螺纹孔及定位销固定。

另一块为移动零件，称为夹块移动件。移动零件由气缸推动以夹住扭转件。夹块相邻两面不得有毛刺，以免在夹住扭转件时，对扭转件造成压伤。

该夹块移动件两侧有台阶，置于限位块的滑槽内，限制其运动方向为前后运动。在滑槽内增加润滑油，可减少摩擦力，延长气缸的使用寿命。移动零件前侧有15mm*1.5mm的槽，为扭转件前部卡口；该零件不固定于工作台面，后侧有四个∮8的螺纹孔，用于连接气缸。不同的产品尺寸不用，所以卡口的位置也有所不同，更换产品时可以更换相应的夹块。

2.5 限位块

限位块共有两个零件，分别置于夹块零件的左右两端，并通过两侧滑槽固定夹块的移动零件。该限位块上方有凹槽，为零件通过而设计。两侧限位块下方均有滑槽，用于限制夹块移动零件的前后移动。两侧限位块同样通过上方螺纹孔及定位销固定于工作台面上。

3 扭转机的电气控制设计

3.1 电路设计

电路的设计要尽可能满足各方面的需求，既要可以安全可靠的完成扭转机的运动，还要考虑到电路设计的简单，方便日后的维修。

选用可靠的元器件是保证系统控制可靠性和安全性的基础条件，同时还要考虑控制电路系统在正常工作情况下和故障情况下可能出现的状态来进行合理规划。在此基础上，整个电路回路上必须要具有必要的保护措施，一般在电路中会设有过载、过流、短路等保护环节，或者是直接设置合闸、断开等保护。本设计所采用的是接地保护、硬件保护和软保护，硬件保护是直接在系统电路中串接一个急停旋钮，在必要的情况下可直接关断系统供电；软保护是在控制程序当中设置的一个故障复位程序，用于解决常见故障。同时还增加了安全光栅保护功能。

3.2 气路控制

在进行气动回路的设计时，首先要了解一些基本工作要求，比如系统所需的工作力、控制方式、工作环境等。当收集到上述信息的时候，就要对所收集的信息进行数据分析，从而选择合适的执行元件与一些辅助元件。

气缸工作的平稳性直接影响到扭转机的工作性能，所以在选用气缸的时候必须要结合实际工作要求。

扭转机对于气缸的选用要满足一下几点：

（1）根据扭转机动作功能对运动的要求以及控制系统对电信号收集方式的要求，选择气缸的结构形式及安装方式；

（2）根据扭转机所需力的大小来确定活塞杆的负载力，并计算出缸径，再根据算出的缸径选用标准化缸径的气缸；

（3）根据动作功能的实际应用要求来选定气缸行程，为了便于安装与调试，一般选用实际工作行程加大50～70mm为宜。

3.3 控制系统设计

扭转机主要采用PLC来进行控制，选型为西门子s7-200系列。I/O点的分配，在保证其可以完成正常的控制的前提下，還需要预留一些I/O点，以便于在以后的维修或升级中可以使用。

4 总结

我国目前机械设计水平正在不断的发展，各式各样的生产机器被设计出来。提高生产效率，节约生产成本，保障生产安全等优点也体现在每台机器上。

该扭转机在实际生产中，简化了市场上很多扭转机复杂的操作过程，方便取放扭转件，提高了生产效率。由于是开放式设计，所以在工作时可以看到扭转的全过程。若出现问题可以及时处理。为维修，同时也为后续的改进工作提供了极大的便利。

【参考文献】

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