王 波，于复生，李欢欢，程启良

（1.山东建筑大学 机电工程学院，济南 250101；2.山东省高校机械工程创新技术重点实验室，济南 250101）

黄金手镯自动压光机设备的研制

王 波1,2，于复生1,2，李欢欢1，程启良1

（1.山东建筑大学 机电工程学院，济南 250101；2.山东省高校机械工程创新技术重点实验室，济南 250101）

介绍了一种对黄金手镯表面自动压光处理的设备，该设备主要由两个直流电机和一个步进电机产生动力，由支撑体对黄金手镯进行支撑，由传动组件进行传动，该黄金手镯自动压光机设备只需人工将手镯放到手镯支撑体上，在两个直流电机的带动下，手镯和压光针进行转动，在步进电机的带动下实现手镯的径向摆动，该设备设计结构简洁，操作方便。使用结果表明：手镯自动压光机可以均匀迅速的将手镯表面进行压光处理，每分钟可完成一件，满足自动压光的要求。

自动压光；均匀；效率高；操作方便

0　引言

黄金手镯的生产，主要采用模具铸造、表面压光的生产方式，表面压光是采用诸如金刚刀、琥珀刀等刀具在手镯表面上来回摩擦而使黄金手镯表面产生光亮的一种工艺[1,2]。目前该工艺主要由人工完成，耗费人工大，成品一致性差，同时黄金手镯的需求量也不断增加，要求黄金手镯能够大批量且高质量的生产，因此需要设计一套自动化压光的黄金手镯压光机，随着压光技术的不断发展，其在表面压光方面的应用日益增多[3～8]，该设计不仅在加工上解放劳动力，解决了劳动力价格不断增加的尴尬趋势，而且在加工效率上有大幅度的提升。

本文设计了黄金手镯自动压光机设备，对设备的机械装置和控制系统进行了设计，使黄金手镯在整个压光过程中能够自动连续地进行，并实现了对黄金手镯转动、摆动和压光针转动的单独控制，通过改变各部分电机的转速可以改变加工的速度，可调节性强，且操作简便、运行稳定。

1　压光机设备的总体结构

黄金手镯自动压光机设备，它是由摆动拨叉、手镯支撑体、丝杠步进电机、直流电机Ⅰ、中间夹体、直流电机Ⅱ、滑块和侧支撑板等主要构件组成的，设备的整体结构如图1所示。

图1　黄金手镯自动压光机设备

为了实现黄金手镯表面的压光处理，需要稳定可靠的机械系统和控制系统，本文所设计的黄金手镯自动压光机设备是由底座、导轨、侧支撑板、摆动拨叉、直流电机I、连接板、轴承、手镯支撑体、压光针、摆件、丝杠步进电机、中间夹体、立板、直流电机II、飞轮、传动拨轴、滑块组成的，整个系统的安装过程为：将底座平放在工作台上，将立板、导轨、丝杠步进电机安装在底座上，滑块安放在导轨上，然后将摆动拨叉安装在滑块上，将手镯支撑体通过轴承与连接板配合，并一块安装在2块侧支撑板上，组装完成后安装在底座上，将直流电机I安装进手镯支撑体中，然后将中间夹体安放在前后2个摆件中，同时将压光针从中穿过，与前后两个摆件安装在一起，将直流电机II与飞轮连接并一起固定在立板上，飞轮的短轴安装在后边摆件的竖槽中，放置在支撑底盘上的磁铁有两块，可根据需要进行移动，与安装在摆动底板上的霍尔器件构成了“传感器—检测元件”，控制系统可检测到磁铁后进行反向运动，从而打磨在两块磁铁之间的手镯部分，将整个手镯弧面分段打磨。

1.1手镯支撑体

手镯支撑体是由支撑底盘、支撑爪、挡圈、手柄凸轮和爪轴组成的，其安装结构图如图2所示。

图2　手镯支撑体结构图

手镯支撑体主要用来实现对手镯的夹持工作，安装时：将爪轴安装在支撑底盘上，然后支撑爪通过爪轴安装在支撑底盘上，并能够实现绕爪轴旋转，手柄凸轮安装在支撑底盘中间安装孔中，安装完成后将挡圈放置在支撑底盘上，挡圈可有效防止支撑爪的掉落；在使用时，将手镯放置在3个支撑爪顶端所围成的外圆上，顺时针旋转手柄凸轮，支撑爪沿着手柄凸轮斜爪的渐开线旋转，将支撑爪向外撑开把手镯夹持紧固，手镯支撑体采用手柄凸轮结构来固定，结构简单、操作方便、支撑效果好，可有效防止手镯松动并实现手镯的实时安装和拆卸。

1.2摆动拨叉

摆动拨叉的结构分为前立槽、丝杠孔、中间横槽、拨叉孔、螺钉孔，其结构图如图3所示。

图3　摆动拨叉结构图

摆动拨叉结构分为前立槽、丝杠孔、中间横槽、拨叉孔、螺钉孔，丝杠孔与步进电机的输出轴连接，前立槽可助于步进电机的输出轴穿过，拨叉孔与传动拨轴连接，中间横槽给传动拨轴提供穿插空间，螺钉孔与滑块连接，摆动拨叉各部分结构紧凑，将前后运动变为手镯的弧形运动，完成手镯的前后摆动，实现了手镯弧面的加工。

1.3中间夹体

中间夹体部分主要由针固定块和夹体外壳组成，夹体外壳机构上有弹簧槽和侧面滑槽，其结构图如图4所示。

图4　中间夹体结构图

中间夹体体积小、结构紧凑，对压光针的定位准确，同时可以在上面弹簧作用下上下移动，以实现压光针的上下位置调节，又通过针固定块整体的圆柱形结构，实现针在中间夹体中转动，从而带动压光针调节角度，侧面滑槽使中间夹体在相应轨道上滑动，并对限制其前后的晃动，实现了压光针的可调节性，与手镯弧面的充分接触。

2　控制系统的设计

电机的旋转控制由单片机指令控制，采用STC89C52作为核心控制芯片，控制简单精确，大大提高了压光机的工作效率，由单片机发出指令对直流电机I和直流电机II进行分别控制，实现对直流电机I正反转运动控制，对直流电机II进行单方向运动控制，可根据实际的手镯种类进行调速，具体加工的流程如图5所示。

系统的控制电路如图6所示。

3　设备的工作原理

黄金手镯自动压光机设备的工作原理是：手镯加工前由加工人员将手镯放置在挡圈上，旋转手柄凸轮带动支撑爪把手镯固定紧，具体的说是支撑爪沿着凸轮爪的渐开线向外扩大支撑，支撑爪的三个爪与手镯接触，从而把手镯顶紧；然后调节中间夹体在摆件中的上下位置来调节压光针的高度，使压光针与手镯完全接触。然后打开电源，此时直流电机I运行带动底盘转动，由于手镯也固定在底盘上，所以也随之转动，电源接通的同时直流电机II运行，通过飞轮带动摆件摆动，压光针也随之转动并对手镯表面进行压光，丝杠步进电机在接通电源时开始正反转运动，丝杠步进电机的丝杠轴带动摆动拨叉沿导轨来回滑动，摆动拨叉的滑动通过传动拨轴使得手镯支撑体前后摆动，压光针与手镯弧面充分接触，并在旋转过程中完成手镯的压光。

图5　加工流程图

图6　系统控制电路图

4　主要技术参数

黄金手镯自动压光机的主要技术参数包括：电动机功率、工作温度范围、额定功率、加工速度等，其性能参数如下：

电动机的功率：30W；

电机转速：5000r/min；

工作温度范围：-20℃～80℃；

设计使用寿命：8h×10年；

平均加工速度：1件/分钟。

5　结论

本文设计的黄金手镯自动压光机设备主要是运用单片机作为控制的核心，加上巧妙的机械系统完成了手镯表面的压光处理，采用直流电机Ⅰ控制手镯的转动、直流电机Ⅱ控制压光针的转动、步进电机控制手镯的摆动实现了各部分的单独控制，调整直流电机和步进电机的运行速度，即可调整打磨速度；在应用方面，该设备具有操作简便、运行稳定、精度高的特点，能够减少大量的劳动力，大大提高了自动化水平。经过实际运行试验，该黄金手镯自动压光机设备完全满足目前的需求，在精度和效率上都有很大的提高，在工业机械应用中，有着极为广泛的应用前景。

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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

国家自然基金资助项目（51075245）

王波（1981 -），男，山东潍坊人，硕士研究生，研究方向为工业机器人工程及机电精密测控系统。