工业自动化是指机器或设备在不受人为干预的情况下，按照规定的程序或指令自动操作或控制的过程，其目的是“稳定、准确和快速”。自动化技术已广泛应用于工业、农业、军事、科研、交通、商业、医疗、服务、家庭等领域。工业自动化是工业发展过程中不可缺少的一部分，是区分手工作业与机械作业的重要标志，也是工业生产进入智能化时代的必由之路。本文对圆棒给料机的总体结构进行了设计。
1设计要求
圆棒给料机作为棒材加工生产线不可缺少的自动化生产设备之一，是保证整条生产线自动化运行的关键设备。杆长100毫米，直径20毫米，如图1所示。

图1圆杆结构图
根据生产线的生产要求，圆棒给料机的设计要求应满足以下几点：
1)圆棒给料机总体尺寸为L≥1 5 7mm，B≥1 74 0mm，H≥1 2 18 mm；
2)自动喂料功能；
3)根据生产节奏的需要，棒材的进料和出料是可控的，时间顺序要求；
(4)棒材的再流设计，即在送料过程中，如果圆杆的姿态不符合设备加工的要求，必须将圆杆送回圆杆的桩上，并予以充注。
2圆棒给料机的总体设计
该圆棒给料机由一个框架、一个堆垛漏斗、一个三推板式进料机构、一个放电缓冲机构、一个返回机构和一个传动机构组成，如图2所示。

1-齿条；2层漏斗；3-三推板式进给机构；4-放电缓冲机构；5-回流机构；6-传递机构
图2总体结构设计
所述框架作为固定支撑，所述无序圆杆由进料漏斗携带，所述圆杆随机放置在所述漏斗中，并将所述三推板机构中的第一推板抬起，依次运至所述第二级推板和所述三级推板，将所述圆杆的姿态转换为统一的姿态，将所述进料缓冲机构依次送入所述进料缓冲机构，并最终运至所述圆杆的加工端。
3.三推板进给机构的设计
三推板进给机构由固定在滑块上的三个连接推板和固定在框架上的三个固定板组成，如图3所示。推板与固定板的间隙δ=25 mm，保证圆杆只能在水平位置固定在推板和固定板之间，一次最多8个推板，推板推高h>240 mm，推板沿45°斜边设计。当推板垂直向上移动时，将第一级推板从材料桩的漏斗顶部送入第二级推板。其中，只有杆的水平姿态才能顺利送出，其他杆件倒回进给漏斗，其次是推板的第二阶段进入推板的第三阶段，到目前为止已完全消除了杆的不规则位置。

1-料斗架；2≤1推板；3≤2推板；4×3推板；5-3连接板
图3三推板进给机构
三推板进给机构采用曲柄滑块机构进给，利用活动部件的角度偏心结构使滑块运动复合。在三推板进给机构中，最短杆为曲柄，最长杆为机架。在指定滑块行程为240 mm的前提下，保证运动机构不受干扰，即行程速比系数K>1。根据机架和曲柄的长度，连杆长度为402 mm，曲柄长度为163 mm。结构运动图如图4所示。

图4三推板进给机构的运动图
4.放电缓冲机构的设计
放电缓冲机构可以控制由放电盖、复位弹簧、托架座、提升凸轮和传动轴组成的圆杆放电的节奏，如图5所示。该机构采用杠杆原理，当电机需要驱动传动轴时，然后驱动凸轮抬起卸料盖，此时，复位弹簧拉伸，圆杆沿放电倾斜槽进入进给机构，电机继续旋转，弹簧复位，停止进给。

1-复位弹簧；2-排放盖；3-托架座；4-传动轴；5-提升凸轮
图5放电缓冲机构
5.三推板机构关键部件的有限元分析
在三推板传动机构中，连杆构件受力最大，属于危险部位。本文以连杆机构为研究对象。首先利用SolidWorks建立连杆零件的三维模型，然后利用ABAQUS软件进行联合仿真。ABAQUS具有强大的工程仿真功能。
推板机构的总力是推板机构的总力。假定第二级推板和第三级推板均满载，第一级推板在材料漏斗内，受力较复杂。推板与固定板的相对高度为堆垛高度，底排杆为水平姿态，其它圆杆布置在纵向卧姿中，达到理论最大重力。姿态图如图6和图7所示。

图6 2级和3级推板姿态图

图7 1级推板姿态图
根据各级推板的最大满载姿态，可以看出最大载荷压力F为：
F=
在公式中，r是杆的半径，h是杆的长度，ρ是杆的材料密度，g是重力的加速度，n是各级推板上的最大载荷数。从计算中可以看出，总荷载F≤588.8N。
设计了连杆与滑块的间隙，间隙较大。当载荷满时，连杆与滑块之间的接触为线性接触，力如图8所示。线性载荷均匀分布，载荷大小F=14.7N/mm。
根据连杆结构的尺寸，采用SolidWorks对连杆构件进行建模，并将模型导入ABAQUS软件进行联合仿真。结果表明，连杆材料为Q23.5，弹性模量为210 GPa，泊松比为0.3。忽略了圆杆与固定板之间的摩擦和推板的自重，载荷F为14.7N≤mm的线性载荷形式，并通过固定连杆与曲柄的接触端建立了有限元模型。

图8连杆力图
在推板过程中，垂直于滑块的连杆位置是弯矩的最大部分。本文将此状态作为分析状态，分析结果如图9和图10所示。

图9应力分析图

图10位移分析图
从图8和图9可以看出，当连杆承受最大载荷时，连杆和三推板机构使用的圆弧下部出现最大应力，应力为85 MPa，然后应力逐渐下降到模型的固定端。由于模型的简化，在固定端不存在由反作用力引起的内应力。由于构件是双力杆，固定端的反作用力与轴承端的整体内应力相反，因此内应力远小于连杆的屈服应力350 MPa，满足应力条件。连杆变形的最大位移为1.6mm，构件处于弯曲变形状态。杆件运行时，位移变形处于循环状态，满足设计要求。
6总结
本文对圆棒给料机进行了结构设计，并利用有限元软件对其关键部件进行了仿真分析。结果表明，该结构设计可靠，能满足送料要求。然而，本文的结构设计和有限元分析都是建立在理论基础上的。后续工作的重点是根据样机的实际情况进行可靠性分析，并对现有的设计进行改进。