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【摘 要】文章针对当地小微企业在电脑横机配件——选针压脚采用传统手工打磨加工倒角存在的“量低质差”等问题研制了一款电脑横机选针压脚自动倒角机。该机利用机械工程仿形加工原理，以及UG三维实体造型等辅助设计，经多次改进与完善，成功化解了在结构设计和加工工艺上的种种技术障碍。经试验，该机质提了效率，降低了成本，破解了技术薄弱的小微企业在此产品上发展的瓶颈，实现了由手工到自动化加工的升级质变，有一定的市场应用前景。
【关键词】选针压脚倒角；仿形加工；倒角机
0.引言
随着生活水平的不断提高，人们对服装款式个性化、多样化的需求，纺织行业呈现出异常火爆的局面。据中国纺织机械器材工业协会就全国电脑横机销售情况[1] ，市场调查统计：2008年共销售约1.9万台，2009年销售约4.33万台，2010年则猛增至约9.6万台，三年间复合增长率高达224.78%。新昌是全国纺织机械的生产基地，有一批纺织机械规模企业，如日发纺机、泰坦纺机等，同时涌现了许多纺机配件加工的小微私营企业。选针压脚，是电脑横机的主要配件且为易损件，每台新设备的安装和旧件的更换，使选针压脚需求量非常大，经常供不应求的情况。因倒角加工质量直接影响选针压脚的使用寿命，承接这一业务的小微企业往往采用传统的手工打磨，打磨时对操作人员技术要求较高，加工效率低，产量远远不能满足合作企业的需求。因此，改变倒角加工模式、提高产品效率，解决选针压脚倒角加工的工艺难题成为小微企业发展的技术瓶颈。因此有必要开发一款能进行自动倒角的设备，以保证选针压脚倒角加工质量，提高生产率，降低生产成本。
1.选针压脚加工工艺现状及存在问题
图1为电脑横机选针压脚毛坯图，材料为40Cr，其工艺流程是：线切割→倒角→修光。在工艺流程中，由于无倒角设备，需手工进行倒角加工。
经调研发现，现有倒角加工过程中主要存在以下几方面的問题：
（1）易出现误差，合格率低，倒角一致性差，易损坏；
（2）操作不当，易使工件产生退火现象，影响选针压脚使用寿命；
（3）修磨时，手持砂轮机费力，劳动强度大，对操作人员技术要求较高；
（4）对操作环境的光线有一定亮度要求；
（5）手工打磨效率低，不适合大批量生产。
2.倒角机的设计
2.1 倒角机总体方案
利用机械工程中的仿形加工原理，即仿照模型轮廓或依据有关轮廓的数据，通过随动系统控制加工工具或工件的运动轨迹，加工出有同样轮廓形状 [2] 。本文研制的选针压脚倒角机的主要结构示意图如图2所示。
2.2 倒角机的主要结构设计
自动倒角机的机械部分由工作台1、驱动电机2、砂轮电机3、专用夹具4、丝杆5等组成。在工作台底部固定安装驱动电机，后方安装砂轮电机，下方固定安装用来控制驱动电机和砂轮电机运动的电气控制系统，工作台板上方左右两端装有轴承座，轴承座内安装有滚动轴承，丝杆通过滚动轴承与轴承座连接，光杆两端固定安装在轴承座架上起滑块导向作用。通过链传动机构[2]带动丝杆转动，丝杆带动左右螺母同时旋转，螺母固定安装在滑块内，再带动滑块在光杆上左右滑动。工件夹具通过螺钉和凹凸配结构固定装在滑块上，用于夹紧工件并可在砂轮磨损时调整夹具与砂轮之间的距离。
（1）传动机构[3]的设计
传动电机选用5GU—15K三相异步电机，功率为120W，额定转速为1400转/分钟。为保证倒角加工时表面粗糙度，根据工艺要求，螺母移动速度为60mm/min，链传动的传动比i= 1 ，丝杠采用导程4螺距为2的双线螺纹。
（2）夹具的设计
在设计夹具时，针对选针压脚棱边45°倒角的工艺要求及考虑到加工部位断面为正方形，将工件巧妙旋转45°，让需倒角的棱边刚好与砂轮轴线平行，这样，夹具做直线左右移动时即可自动完成倒角工序。另外，考虑到夹紧力的大小对工件表面的影响，在夹具的中心处开2MM左右的开口槽。夹紧工件时，因夹具体上方螺钉的作用，夹具产生弹性变形使开口槽缩小，从而实现无损于表面的工件夹紧的设计意图。
（3）导向部分的设计
采用电机带动丝杆作旋转运动，然后通过丝杆带动两组滑块机构并转化为直线移动。为了限制滑块机构的旋转自由度，在设计时利用两根导向光杆上下穿装于滑块机构内，使得滑块机构只能左右平稳的作直线移动。
（4）其它部分的设计
考虑到砂轮在不断工作中因磨损使其与工件之间的距离变大，导致最后磨的倒角越来越小，从而影响工件倒角的一致性。因此，在滑块机构的上端面和夹具的连接部分采用凹槽设计，使得夹具的位置可在滑块机构中前后滑动，来调节砂轮与工件之间的距离，从而确保选针压脚倒角的一致性。
运用UG[4]三维实体设计、装配及运动仿真，通过分析、修改、完善，多次调试改进，完成了选针压脚自动倒角机的第一台样机。
根据设计方案制作了一台实物样机，如图3所示。
2.3 倒角机的电气控制设计
打开电器控制系统启动正向开关，砂轮电机和驱动电机开始转动，驱动电机通过链传动机构带动丝杆开始匀速转动，丝杆带动左右螺母转动，通过左右螺母转动使左右滑块在光杆内匀速滑动，进行选针压脚工件自动倒角加工，完成倒角加工后，滑块自动按下行程开关，切断电源完成本次加工。一次加工可同时完成左右两个工件的加工。
3.人机加工效率对比
经过不断的试验、改进、完善，将选针压脚自动倒角机交付使用后，加工效率是现有手工磨削的2～3倍，有效地提高了生产效率，极大地降低了劳动强度，相应地降低了加工成本。现就选针压脚自动倒角机与传统的手动打磨在生产实践中实际使用效果进行了比较，结果如表1所示。
4.结论
通过选针压脚自动倒角机自动化加工，成功化解电脑横机选针压脚倒角加工工艺的难题。实现了生产自动化，降低生产成本，体现了量升质提；设备装夹简便，定位精确，产品倒角一致性好，可完全可以替代进口同类零件，大大提高了零件的经济效益；选针压脚自动倒角机在使用过程中，操作人员适应性强、上手快，不受环境和人员调动的影响。此外，本作品还具有功能的拓展性，可以根据新产品需求，改变夹具的形状，即可保证同等性能下，实现产品的自动化加工，有一定的市场应用前景。
参考文献：
[1]纺机协会.“十二五”将是我国电脑横机的高速发展期http：//www.ctma.net.2011
[2]杨黎明 黄凯 李恩至 陈仕贤.机械零件设计手册.国防工业出版社.1987.356～374
[3]机械设计师手册编写组.机械设计师手册.机械工业出版社.1989.684～695
[4]马久河，胡仁喜，路纯红.UG NX8.0中文版标准实例教程.科学出版社.2013.236～244
【关键词】选针压脚倒角；仿形加工；倒角机
0.引言
随着生活水平的不断提高，人们对服装款式个性化、多样化的需求，纺织行业呈现出异常火爆的局面。据中国纺织机械器材工业协会就全国电脑横机销售情况[1] ，市场调查统计：2008年共销售约1.9万台，2009年销售约4.33万台，2010年则猛增至约9.6万台，三年间复合增长率高达224.78%。新昌是全国纺织机械的生产基地，有一批纺织机械规模企业，如日发纺机、泰坦纺机等，同时涌现了许多纺机配件加工的小微私营企业。选针压脚，是电脑横机的主要配件且为易损件，每台新设备的安装和旧件的更换，使选针压脚需求量非常大，经常供不应求的情况。因倒角加工质量直接影响选针压脚的使用寿命，承接这一业务的小微企业往往采用传统的手工打磨，打磨时对操作人员技术要求较高，加工效率低，产量远远不能满足合作企业的需求。因此，改变倒角加工模式、提高产品效率，解决选针压脚倒角加工的工艺难题成为小微企业发展的技术瓶颈。因此有必要开发一款能进行自动倒角的设备，以保证选针压脚倒角加工质量，提高生产率，降低生产成本。
1.选针压脚加工工艺现状及存在问题
图1为电脑横机选针压脚毛坯图，材料为40Cr，其工艺流程是：线切割→倒角→修光。在工艺流程中，由于无倒角设备，需手工进行倒角加工。
经调研发现，现有倒角加工过程中主要存在以下几方面的問题：
（1）易出现误差，合格率低，倒角一致性差，易损坏；
（2）操作不当，易使工件产生退火现象，影响选针压脚使用寿命；
（3）修磨时，手持砂轮机费力，劳动强度大，对操作人员技术要求较高；
（4）对操作环境的光线有一定亮度要求；
（5）手工打磨效率低，不适合大批量生产。
2.倒角机的设计
2.1 倒角机总体方案
利用机械工程中的仿形加工原理，即仿照模型轮廓或依据有关轮廓的数据，通过随动系统控制加工工具或工件的运动轨迹，加工出有同样轮廓形状 [2] 。本文研制的选针压脚倒角机的主要结构示意图如图2所示。
2.2 倒角机的主要结构设计
自动倒角机的机械部分由工作台1、驱动电机2、砂轮电机3、专用夹具4、丝杆5等组成。在工作台底部固定安装驱动电机，后方安装砂轮电机，下方固定安装用来控制驱动电机和砂轮电机运动的电气控制系统，工作台板上方左右两端装有轴承座，轴承座内安装有滚动轴承，丝杆通过滚动轴承与轴承座连接，光杆两端固定安装在轴承座架上起滑块导向作用。通过链传动机构[2]带动丝杆转动，丝杆带动左右螺母同时旋转，螺母固定安装在滑块内，再带动滑块在光杆上左右滑动。工件夹具通过螺钉和凹凸配结构固定装在滑块上，用于夹紧工件并可在砂轮磨损时调整夹具与砂轮之间的距离。
（1）传动机构[3]的设计
传动电机选用5GU—15K三相异步电机，功率为120W，额定转速为1400转/分钟。为保证倒角加工时表面粗糙度，根据工艺要求，螺母移动速度为60mm/min，链传动的传动比i= 1 ，丝杠采用导程4螺距为2的双线螺纹。
（2）夹具的设计
在设计夹具时，针对选针压脚棱边45°倒角的工艺要求及考虑到加工部位断面为正方形，将工件巧妙旋转45°，让需倒角的棱边刚好与砂轮轴线平行，这样，夹具做直线左右移动时即可自动完成倒角工序。另外，考虑到夹紧力的大小对工件表面的影响，在夹具的中心处开2MM左右的开口槽。夹紧工件时，因夹具体上方螺钉的作用，夹具产生弹性变形使开口槽缩小，从而实现无损于表面的工件夹紧的设计意图。
（3）导向部分的设计
采用电机带动丝杆作旋转运动，然后通过丝杆带动两组滑块机构并转化为直线移动。为了限制滑块机构的旋转自由度，在设计时利用两根导向光杆上下穿装于滑块机构内，使得滑块机构只能左右平稳的作直线移动。
（4）其它部分的设计
考虑到砂轮在不断工作中因磨损使其与工件之间的距离变大，导致最后磨的倒角越来越小，从而影响工件倒角的一致性。因此，在滑块机构的上端面和夹具的连接部分采用凹槽设计，使得夹具的位置可在滑块机构中前后滑动，来调节砂轮与工件之间的距离，从而确保选针压脚倒角的一致性。
运用UG[4]三维实体设计、装配及运动仿真，通过分析、修改、完善，多次调试改进，完成了选针压脚自动倒角机的第一台样机。
根据设计方案制作了一台实物样机，如图3所示。
2.3 倒角机的电气控制设计
打开电器控制系统启动正向开关，砂轮电机和驱动电机开始转动，驱动电机通过链传动机构带动丝杆开始匀速转动，丝杆带动左右螺母转动，通过左右螺母转动使左右滑块在光杆内匀速滑动，进行选针压脚工件自动倒角加工，完成倒角加工后，滑块自动按下行程开关，切断电源完成本次加工。一次加工可同时完成左右两个工件的加工。
3.人机加工效率对比
经过不断的试验、改进、完善，将选针压脚自动倒角机交付使用后，加工效率是现有手工磨削的2～3倍，有效地提高了生产效率，极大地降低了劳动强度，相应地降低了加工成本。现就选针压脚自动倒角机与传统的手动打磨在生产实践中实际使用效果进行了比较，结果如表1所示。
4.结论
通过选针压脚自动倒角机自动化加工，成功化解电脑横机选针压脚倒角加工工艺的难题。实现了生产自动化，降低生产成本，体现了量升质提；设备装夹简便，定位精确，产品倒角一致性好，可完全可以替代进口同类零件，大大提高了零件的经济效益；选针压脚自动倒角机在使用过程中，操作人员适应性强、上手快，不受环境和人员调动的影响。此外，本作品还具有功能的拓展性，可以根据新产品需求，改变夹具的形状，即可保证同等性能下，实现产品的自动化加工，有一定的市场应用前景。
参考文献：
[1]纺机协会.“十二五”将是我国电脑横机的高速发展期http：//www.ctma.net.2011
[2]杨黎明 黄凯 李恩至 陈仕贤.机械零件设计手册.国防工业出版社.1987.356～374
[3]机械设计师手册编写组.机械设计师手册.机械工业出版社.1989.684～695
[4]马久河，胡仁喜，路纯红.UG NX8.0中文版标准实例教程.科学出版社.2013.236～244