蔡 斌 潘飛鴿 何 康 吳 波

(1、宿州學院 機械與電子工程學院，安徽 宿州 234000 2、安徽車橋有限公司，安徽 宿州 234000)

隨著生活水平的日益提高，人們對飲食理念越加重視。目前市場上蘿卜切絲主要采用人工方法或者傳統(tǒng)切絲機，為提高切絲的效率，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，本文對蘿卜的加工切絲以及分揀結(jié)構(gòu)進行設計，通過前期調(diào)研、搜集資料、理論學習，探索切絲機產(chǎn)品各方面的特性，分析切絲機在切絲過程中面臨的具體問題，從尺寸、造型、功能、色彩、材質(zhì)等方面完成設計的論述和實體的制作。設計完成的切絲機切絲效果粗細均勻，切絲長度長短適中[1]。

傳統(tǒng)切絲機采用專用構(gòu)件，不利于維修，一個構(gòu)件的損壞嚴重影響機器的效率，從而造成資源的浪費，增加了切絲的成本。因此在此次設計過程中，對部分連接件、固定件采用3D 打印技術(shù)進行加工制作[2]。3D 打印技術(shù)，是一種通過3D 打印設備逐層增加材料來制造三維產(chǎn)品的技術(shù)。作為一種快速成形技術(shù)，3D 打印可以實現(xiàn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，節(jié)約材料和節(jié)省能量[3-5]。同時3D 建模打印簡單，利于零件的修改與更換[6]。

1 切絲機模型的建立

該款切絲機由傳動、清洗、切絲三個功能區(qū)組成，每一部分中的擋板件、支撐件、連接件均采用3D 打印技術(shù)來完成制作，3D 打印的快速成型特點也為零件的更換提供了保障。根據(jù)設計思路，利用PRO-E 軟件按照傳動順序建立切絲機三維模型裝配圖，如圖1 所示。

圖1 蘿卜切絲機三維模型示意圖

控制方面分為兩個部分，即通過慧魚板來控制各個電機，以及通過數(shù)字調(diào)壓控制器對振動部件的控制。模型建立之后，根據(jù)圖紙要求，準備相應零件。零件可分為3D 打印零件和非3D 打印零件兩部分。配件準備完全后進行組裝、優(yōu)化、調(diào)試，從而得到所設計的切絲機。設計的流程圖如圖2 所示。

圖2 裝配調(diào)試流程圖

2 切絲機不同功能區(qū)的組成

2.1 傳動部分

進料口處采用帶傳送，傳送帶接觸面積大，產(chǎn)生較大的摩擦力利于蘿卜傳送至清洗區(qū)；電機與傳動軸之間采用齒輪與鏈傳動，優(yōu)點是可以進行遠距離的傳動；鏈、帶的設計長度為350mm。清洗區(qū)與切絲區(qū)之間通過直流式振動盤相互連接，用以保障蘿卜能夠順利的進入切絲區(qū)；疏通部位采用齒輪與螺桿傳動，當蘿卜過多時可以通過疏通蘿卜來保證切絲的順利進行[7]。

2.2 清洗部分

區(qū)別于傳統(tǒng)的侵泡沖洗，該款切絲機在清洗設計時，不僅配置流速可調(diào)節(jié)的高壓水流，同時在軸上安裝鋼刷，通過軸件運轉(zhuǎn)帶動鋼刷運轉(zhuǎn)，用于清理泥土和蘿卜的細小根毛。清理后的蘿卜通過棉制毛刷，吸附多余水分，多重毛刷的設置保障了蘿卜的潔凈和干燥，清洗后的污水通過底部留有的出水孔流出切絲機。

2.3 切絲部分

蘿卜傳送到入料口后，依靠自身重力下滑到旋轉(zhuǎn)刀頭處。通過微動開關(guān)進行控制切絲，切好的蘿卜絲通過出料口處皮帶及時傳送，避免蘿卜絲積壓，從而穩(wěn)定刀頭的旋轉(zhuǎn)速率，保證切出的蘿卜絲的質(zhì)量穩(wěn)定[8]。

刀頭設計為底圓半徑360mm，頂圓半徑210mm，高70mm的圓臺，圓臺側(cè)面對稱安裝了整齊排列刀孔的刀片。刀頭采用的設計可以讓電機高效傳遞動能，同時也便于蘿卜絲的排出。切絲部分示意圖如圖3 所示。

圖3 切絲部分示意圖

2.4 3D 打印零件

刀頭固定件采用3D 打印，先通過pro-e 軟件建模，設計軟件和打印機之間采用STL 文件格式進行協(xié)作，將建成的三維模型切片成逐層的截面，從而指導打印機逐層打印。STL 文件使用三角面來近似模擬物體的表面，三角面越小其生成的表面分辨率越高。

3D 打印機通過讀取文件中的橫截面信息，用PLA+將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面粘合起來從而制造出所需實體。用傳統(tǒng)方法制造出一個模型，根據(jù)模型的尺寸以及復雜程度，通常需要數(shù)天時間，而采用3D 打印快速成型技術(shù)則可以將時間縮短為數(shù)個小時，提升了零件的生產(chǎn)效率，從而提高整體裝備的使用價值。

對于刀頭固定件結(jié)構(gòu)，軸采用六棱柱的形狀，便于與電動機上的六棱內(nèi)孔形成緊密連接，從而可以高效率傳遞動能。兩層擋片的設計可以實現(xiàn)更好的與待連接件裝配，四個斜面狀的L 形結(jié)構(gòu)與刀頭形成緊密配合，能防止運轉(zhuǎn)時刀頭的脫落，進而使得刀頭穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。刀頭固定件模型如圖4 所示。

圖4 刀頭固定件模型

用以防止滑落的擋板，切絲機的電機馬達與刀頭的連接件，刀頭、刀片的固定件等都運3D 打印成形的方式獲得。這些非標件的快速打印，在滿足使用強度的要求上，縮短了加工、裝配、維修時間，提升了使用效率，提高了切絲機的使用價值。

3 切絲機裝配調(diào)試過程

3.1 裝配過程

裝備過程按照結(jié)構(gòu)傳動順序進行安裝，安裝過程中對于初步設計過程中不合理的部分進行更改，先進行關(guān)鍵部件的組裝，減小裝配誤差，減小對主要功能的影響。在滿足功能基礎后，進行輔助件的裝配，同時把握好零件的尺寸配合，做到精準安裝。硬件部分安裝完成后，進行振動盤控制器和慧魚控制板的安裝及導線的連接工作。連接過程采用合理的結(jié)構(gòu)布局可以減小切絲機的體積，在保障功能的同時使得切絲機更加小巧。

3.2 調(diào)試過程

完全組裝好之后，先進行慧魚控制板程序的編寫與下載，然后通過振動盤所連接的電動開關(guān)對直動式振動盤的振動頻率進行調(diào)節(jié)，使其達到預期效果。完成預期的要求之后再推陳出新，進一步設計出更優(yōu)的控制程序與方案。

安裝調(diào)試過后進行切絲實驗，切絲完成之后，蘿卜絲會掉落到有間隙的傳送帶上，傳送帶傳送的過程中會產(chǎn)生輕微的振動，這樣相對較長的蘿卜絲就會被傳送走，較短的就會掉落，這從而保證蘿卜絲的切絲質(zhì)量。

4 結(jié)論

為了提高切絲機使用價值，節(jié)約成本，完成綠色制造的目標，本款蘿卜切絲機在設計過程中，部分連接件采用3D 打印快速成形，縮短了加工、裝配、維修時間，提升了使用效率。組裝調(diào)試后的蘿卜切絲機功能多樣，原理簡單，得到結(jié)論主要有以下幾點：

4.1 切絲機不僅實現(xiàn)了切絲的功能，同時增加了清洗、振動傳絲的功能；設置了鋼刷和棉制毛刷，不僅去除蘿卜污泥和細毛，同時干燥蘿卜表面。通過傳送帶傳送，利用帶間間隙振動實現(xiàn)長短絲的分離。

4.2 采用3D 打印快速成型技術(shù)，對主要的連接非標件進行打印。打印出的零件能夠滿足使用強度要求，在加工裝配的過程中節(jié)省了時間與成本。

4.3 切絲長度均值為47mm，質(zhì)量較好。但長度較手工切絲偏短，后期會對刀頭等構(gòu)件進行更改優(yōu)化。