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摘 要：本设计是一种自主研究的新型自动打孔机，包括转盘式料仓，二级推杆，传送轨道，夹紧装置和打孔装置。整个系统主要采用氣压传动方式，打孔装置使用丝杠螺母机构带动刀具下压旋转代替传统的钻孔方式。转盘式料仓依靠减速电机和角度传感器的配合保证供料稳定准确。传送轨道尽头两侧装有夹紧装置，正上方安装打孔装置。料仓，传送，夹紧，打孔四个工位在同一水平面，从而简化了整个系统的空间复杂程度。本设计出发点是保证食品的安全，打孔无碎屑残留，空间结构简单可靠。
关键词：打孔；气压传动；丝杠螺母机构；食品安全
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：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 设计背景
椰子汁是人们十分喜爱的一种日常饮品，虽然有灌装的椰子汁可以购买，但是相比新鲜的椰子汁而言，口味和营养成分还是逊色不少。伴随着各类自动售货机的普及，椰子也逐渐的成为自主销售的对象，但是由于椰子的外壳坚硬，通常需要专业销售人员利用专用的工具方能开孔，且十分费力。因此设计一种可用于自动柜员机中的椰子打孔装置将具有一定的实用意义。
2 打孔机的设计思路
一般的椰子自动售货机多采用钻孔方式实现椰子打孔，此方法难免会使椰子外壳碎屑进入椰子内部，影响顾客口感。本设计采用刀具打孔以压为主，转为辅的方式，减少了外壳碎屑量，从而提高口感。且系统采用的是气压传动，比较液压系统更加环保，确保食品加工过程的安全。
设计的主要创新是自主研究的打孔装置，包括机壳，支架，滚珠丝杠螺母和刀具。创新点在于逆向利用丝杠螺母机构的性质，通过下压丝杠，从而带动滚珠体下行并旋转。（如图1）以压力为主要动力，辅以旋转，确保椰子不会因受到过大的压力而爆裂。丝杠上端（1）安装在压力缸上，下行压力由压力缸提供，滚珠体模块（2）后通过螺栓安装刀具架（3）整个滚珠丝杠机构安置在一个圆柱形缸体中。
3 打孔机整体结构
打孔机的总体装配结构如图2、图3所示，核心装置位于外壳钢架结构中间位置，转盘式料仓结构设计，一次可以装填20个椰子，内外盘各10个，均匀分布于转盘上，每个椰子间隔36°。转盘上方横梁固定一低速电机，电机前端与转盘啮合，电机转动角度由角度传感器监测并控制，确保低速电机每次转动36°。二级推杆固定在转盘上方，传送轨道的长度可盛放3个椰子，其目的是减少整个系统纵向长度，从而简化平面结构所占的空间。传送轨道末端的椰子即为所要加工产品，此结构设计并无加工后传送装置，故加工后夹紧缸松开，仓门打开，顾客自行拿取。为了避免顾客拿取时喷废料口气体误伤顾客，在PLC逻辑控制中加入定时器，为顾客拿取椰子提供充足的时间，此做法免除了了椰子加工后的传送过程，节省了一大部分的传送装置设计。
4 系统工作过程
因为料仓采用的转盘式并配合二级推杆，故在控制时要判断长臂出还是短臂出。在顾客付款后系统会在转盘上检测是否存在椰子，并判断是否需要让电机转位。如不需转位再判断伸出短臂还是长臂。判断长短臂伸出是通过检测转盘上工件的位置状态决定，如图4所示，转盘料仓分为两圈，当检测到内外圈都有工件时，电机不工作，判断短臂伸出；当内圈无工件外圈有工件时，电机不工作，判断长臂伸出；当内外圈都无工件时，电机工作转位后切换短臂伸出操作。
在判断短臂或长臂伸出后，工作过程如图5所示，椰子会通过传送轨道传送至夹紧装置位置，开始夹紧工作，夹紧位置会进行有压力检测并且系统中配有减压阀控制夹紧力不至过大。而后丝杠螺母机构被压力缸推动并带着刀具下行开始打孔工作，打孔结束刀具上行出料口打开，顾客可以直接取出食用，随后刀具中存储的废料最后由喷气口喷出。
参考文献
[1]机械工程手册（第二版）.第7卷、第8卷、第9卷[M].北京：机械工业出版社，1997.
[2]周骥平.机械制造自动化技术（第三版）[M].北京：机械工业出版社，2014
[3]张根保.自动化制造系统（第二版）[M]. 北京：机械工业出版社，2005.
[4]谢存禧，等.机电一体化生产系统设计[M].北京：机械工业出版社，1999.
[5]丁镇生. 传感器及传感技术应用[M].北京：电子工业出版社，1998.
收稿日期：2018-8-5
关键词：打孔；气压传动；丝杠螺母机构；食品安全
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：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 设计背景
椰子汁是人们十分喜爱的一种日常饮品，虽然有灌装的椰子汁可以购买，但是相比新鲜的椰子汁而言，口味和营养成分还是逊色不少。伴随着各类自动售货机的普及，椰子也逐渐的成为自主销售的对象，但是由于椰子的外壳坚硬，通常需要专业销售人员利用专用的工具方能开孔，且十分费力。因此设计一种可用于自动柜员机中的椰子打孔装置将具有一定的实用意义。
2 打孔机的设计思路
一般的椰子自动售货机多采用钻孔方式实现椰子打孔，此方法难免会使椰子外壳碎屑进入椰子内部，影响顾客口感。本设计采用刀具打孔以压为主，转为辅的方式，减少了外壳碎屑量，从而提高口感。且系统采用的是气压传动，比较液压系统更加环保，确保食品加工过程的安全。
设计的主要创新是自主研究的打孔装置，包括机壳，支架，滚珠丝杠螺母和刀具。创新点在于逆向利用丝杠螺母机构的性质，通过下压丝杠，从而带动滚珠体下行并旋转。（如图1）以压力为主要动力，辅以旋转，确保椰子不会因受到过大的压力而爆裂。丝杠上端（1）安装在压力缸上，下行压力由压力缸提供，滚珠体模块（2）后通过螺栓安装刀具架（3）整个滚珠丝杠机构安置在一个圆柱形缸体中。
3 打孔机整体结构
打孔机的总体装配结构如图2、图3所示，核心装置位于外壳钢架结构中间位置，转盘式料仓结构设计，一次可以装填20个椰子，内外盘各10个，均匀分布于转盘上，每个椰子间隔36°。转盘上方横梁固定一低速电机，电机前端与转盘啮合，电机转动角度由角度传感器监测并控制，确保低速电机每次转动36°。二级推杆固定在转盘上方，传送轨道的长度可盛放3个椰子，其目的是减少整个系统纵向长度，从而简化平面结构所占的空间。传送轨道末端的椰子即为所要加工产品，此结构设计并无加工后传送装置，故加工后夹紧缸松开，仓门打开，顾客自行拿取。为了避免顾客拿取时喷废料口气体误伤顾客，在PLC逻辑控制中加入定时器，为顾客拿取椰子提供充足的时间，此做法免除了了椰子加工后的传送过程，节省了一大部分的传送装置设计。
4 系统工作过程
因为料仓采用的转盘式并配合二级推杆，故在控制时要判断长臂出还是短臂出。在顾客付款后系统会在转盘上检测是否存在椰子，并判断是否需要让电机转位。如不需转位再判断伸出短臂还是长臂。判断长短臂伸出是通过检测转盘上工件的位置状态决定，如图4所示，转盘料仓分为两圈，当检测到内外圈都有工件时，电机不工作，判断短臂伸出；当内圈无工件外圈有工件时，电机不工作，判断长臂伸出；当内外圈都无工件时，电机工作转位后切换短臂伸出操作。
在判断短臂或长臂伸出后，工作过程如图5所示，椰子会通过传送轨道传送至夹紧装置位置，开始夹紧工作，夹紧位置会进行有压力检测并且系统中配有减压阀控制夹紧力不至过大。而后丝杠螺母机构被压力缸推动并带着刀具下行开始打孔工作，打孔结束刀具上行出料口打开，顾客可以直接取出食用，随后刀具中存储的废料最后由喷气口喷出。
参考文献
[1]机械工程手册（第二版）.第7卷、第8卷、第9卷[M].北京：机械工业出版社，1997.
[2]周骥平.机械制造自动化技术（第三版）[M].北京：机械工业出版社，2014
[3]张根保.自动化制造系统（第二版）[M]. 北京：机械工业出版社，2005.
[4]谢存禧，等.机电一体化生产系统设计[M].北京：机械工业出版社，1999.
[5]丁镇生. 传感器及传感技术应用[M].北京：电子工业出版社，1998.
收稿日期：2018-8-5