圓柱形加工件分離取用裝置研究

戴雄偉

（常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇常州 213164）

0 引言

目前的金工生產(chǎn)中會(huì)涉及到大量圓柱形零件的分類，包裝、運(yùn)輸?shù)攘鞒蹋鴤鹘y(tǒng)的對(duì)這些零件分類的方式是人工進(jìn)行分揀。這種分揀方式不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，不利于對(duì)零件的高效率分揀。對(duì)于圓柱形零件的機(jī)械化分離，解決思路主要是：通過(guò)利用重力作用，將不同規(guī)格的圓柱形零件滾落，再通過(guò)底端的開口對(duì)不同規(guī)格的圓柱形零件進(jìn)行分離，從而避免零件的雜亂擺放，提升生產(chǎn)的效率。

1 裝置優(yōu)點(diǎn)

設(shè)計(jì)一種對(duì)圓柱形加工件進(jìn)行分離和取用的裝置，目的是解決金工生產(chǎn)中對(duì)于圓柱形零件的加工以及分揀問(wèn)題，避免傳統(tǒng)的加工與分揀的流程導(dǎo)致不同規(guī)格的圓柱形零件的混亂擺放，通過(guò)機(jī)械分類的方式提升對(duì)金工生產(chǎn)中圓柱形零件的分揀效率，保證金工生產(chǎn)的順利進(jìn)行。其優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）規(guī)范生產(chǎn)流程。裝置的斜導(dǎo)槽上部有較大的空間，可以實(shí)現(xiàn)大量圓柱形零件的放置，使工作速度不同的零件加工以及分揀操作可以協(xié)同進(jìn)行，生產(chǎn)流程更加規(guī)范化，出錯(cuò)概率更低，生產(chǎn)效率更高。

（2）產(chǎn)品分離。傳統(tǒng)的手工分揀圓柱形零件的工作流程不但效率低，而且不利于對(duì)合格品與不合格品的分類，給不合格品的返修工作帶來(lái)了困難。而該裝置的斜導(dǎo)槽不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圓柱形加工和檢驗(yàn)工序的分離，當(dāng)檢驗(yàn)環(huán)節(jié)中發(fā)現(xiàn)不合格品時(shí)也可以通過(guò)取用裝置將其直接送回加工處進(jìn)行返修，避免了傳統(tǒng)流程中合格品與不合格品混合放置對(duì)返修工作的影響，使得產(chǎn)品的加工與返修工作更加高效化，降低零件返修對(duì)生產(chǎn)效率的影響。

（3）省時(shí)省力。傳統(tǒng)的圓柱形零件的加工與檢驗(yàn)過(guò)程中，加工與檢驗(yàn)人員不但要負(fù)責(zé)對(duì)零件的加工與檢驗(yàn)，還需要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)量眾多的零件進(jìn)行搬運(yùn)與分類，大大增加了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，不利于其生產(chǎn)效率的提升。而該裝置斜導(dǎo)槽上端連接圓柱形零件的生產(chǎn)處，下端連接檢驗(yàn)處，在這兩個(gè)工作環(huán)節(jié)之間起橋梁的作用。零件的分類與搬運(yùn)工作全部由機(jī)械完成，有助于提升工作效率、降低人力成本。

（4）安全生產(chǎn)。裝置的斜導(dǎo)槽上端由擋板覆蓋，并且在擋塊處有突出板，這使得圓柱形零件的搬運(yùn)與分類工作可以全程在遮罩下進(jìn)行，避免了零件飛出斜導(dǎo)槽外造成人身事故，保障了生產(chǎn)流程的安全進(jìn)行。

（5）人性化生產(chǎn)。傳統(tǒng)的機(jī)械化生產(chǎn)中都是人配合機(jī)械的工作，而人的效率和速度會(huì)隨著工作時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，但機(jī)械不會(huì)，因此配合機(jī)械工作會(huì)在無(wú)形之中使工作人員變得更容易勞累，是一種非常不人性化的操作。而所設(shè)計(jì)的裝置借由電阻應(yīng)變片和信號(hào)控制器可以實(shí)現(xiàn)裝置的工作流程由檢測(cè)人員的動(dòng)作控制，如果檢測(cè)人員不工作，則裝置也不會(huì)工作。這樣檢測(cè)人員在工作之余可以得到休息，體現(xiàn)了該裝置具有人性化的優(yōu)點(diǎn)。

（6）性價(jià)比高。裝置由非常簡(jiǎn)單的材料組成，如斜導(dǎo)槽、扇形模塊、彎曲臂等元件，完全可以由金工生產(chǎn)加工中心自行生產(chǎn)，而電子元件如電機(jī)、電阻應(yīng)變片、氣缸、控制器等，在市面上很容易購(gòu)得。因此該裝置生產(chǎn)成本非常低，同時(shí)還具備較高的自動(dòng)化水平，屬于性價(jià)比很高的圓柱形零件分揀裝置。

2 裝置工作方式

所設(shè)計(jì)的裝置如圖1～圖3 所示。

圖1 裝置平面結(jié)構(gòu)

其中，平臺(tái)支撐整個(gè)裝置；斜導(dǎo)槽可供圓柱形零件滾動(dòng)；阻擋裝置可以控制圓柱形零件在斜導(dǎo)槽中滾動(dòng)；突出板供元件活動(dòng)；扇形模塊可以轉(zhuǎn)動(dòng)，與斜導(dǎo)槽斜率的驅(qū)動(dòng)裝置連接。

首先，裝置的斜導(dǎo)槽的最上端與加工圓柱形零件的工作臺(tái)相連，當(dāng)待加工的圓柱形零件加工完畢后，加工人員會(huì)將其放置在斜導(dǎo)槽的上端開口處，這時(shí)零件便會(huì)在重力的作用下向下滾落，當(dāng)滾動(dòng)到阻擋裝置的擋板處時(shí)被阻擋。

圖2 分揀操作狀態(tài)平面示意

圖3 立體剖面示意

重復(fù)此過(guò)程完成若干個(gè)圓柱形零件的放置后，氣缸與傳動(dòng)裝置的連接處位于傳動(dòng)部件的下方，氣缸收縮，使彎曲臂做逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，彎曲臂的最上端就會(huì)將于擋塊接近的圓柱形零件頂起。

被頂起的圓柱形零件跳過(guò)擋板，滾動(dòng)到斜導(dǎo)槽的底端，氣缸伸長(zhǎng)，彎曲臂歸位，繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)零件的操作。這時(shí)扇形模塊在驅(qū)動(dòng)裝置的作用下沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，使開口槽與斜導(dǎo)槽的出口對(duì)齊，圓柱形零件由斜導(dǎo)槽的開口處滾落到扇形模塊的開口槽處，之后扇形模塊在傳動(dòng)裝置的作用下歸位，至此完成一個(gè)圓柱形零件的分揀工作，之后重復(fù)此循環(huán)即可實(shí)現(xiàn)通過(guò)此裝置對(duì)圓柱形零件的“加工—放置—分揀”操作。

由于圓柱形零件的加工與分揀速度不同，因此在裝置中設(shè)置了擋板，確保斜導(dǎo)槽上部擁有較大的圓柱形零件的放置空間，保證不同速度的圓柱形零件的加工與分揀工作都能正常進(jìn)行。裝置中的擋板是圓柱形零件加工與分揀的分界處。

4 關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

4.1 斜導(dǎo)槽夾角

一般來(lái)說(shuō)，裝置的支撐平臺(tái)與斜導(dǎo)槽的夾角控制在3°～6°為宜。這一夾角使得斜導(dǎo)槽幾乎與水平面平行，但可以使圓柱形零件的滾動(dòng)速度減慢，有利于協(xié)調(diào)速度不同的零件加工與零件檢測(cè)工作的同時(shí)進(jìn)行。此外，較慢的零件滾動(dòng)速度可以使得零件在滾動(dòng)到擋板底端時(shí)不會(huì)有較快的速度，避免零件沖擊、撞壞擋板，同時(shí)還可以減小裝置運(yùn)行時(shí)零件滾動(dòng)的噪聲。

斜導(dǎo)槽的夾角可以根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)流程進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，使裝置能適應(yīng)生產(chǎn)的過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)，如果零件的加工處與檢驗(yàn)處相距越遠(yuǎn)，則斜導(dǎo)槽的長(zhǎng)度就越長(zhǎng)，斜導(dǎo)槽越長(zhǎng)與平面之間的夾角應(yīng)越小，避免圓柱形零件長(zhǎng)距離的滾動(dòng)帶來(lái)較大的沖擊速度。

4.2 凸起擋板

在擋塊對(duì)應(yīng)的上方有凸起的擋板，當(dāng)圓柱形零件被擋塊彎曲臂頂起后，會(huì)在力的作用下向上移動(dòng)，如果沒(méi)有擋板的遮罩，則零件可能會(huì)飛出裝置，不但會(huì)使生產(chǎn)過(guò)程中斷，還會(huì)可能造成人身事故。因此在擋塊上方設(shè)置的擋板，可以為零件的上移預(yù)留足夠的空間，同時(shí)避免零件飛出斜導(dǎo)槽，保證生產(chǎn)流程順利進(jìn)行和生產(chǎn)工作的安全性。

4.3 楔形擋塊

擋塊呈楔形，面對(duì)零件加工端的部分呈直角型，可以阻擋零件，而另一端呈坡形，當(dāng)零件被彎曲臂頂起后，可以沿著擋塊另一側(cè)的坡形順利的滾落。這種沿坡形滾落的方式不但可以提升圓柱形零件在被彎曲臂頂起后滾落的速度，同時(shí)沿坡形滾落相對(duì)于直接下落的方式，可以使零件不與斜導(dǎo)槽底端發(fā)生碰撞，避免斜導(dǎo)槽在零件的頻繁碰撞之下導(dǎo)致?lián)p壞，同時(shí)還可以降低因碰撞產(chǎn)生的噪聲。

4.4 伸縮氣缸

氣缸的主要作用是推動(dòng)彎曲臂將圓柱形零件頂起，這一過(guò)程是借助彎曲臂將氣缸在水平方向上的力轉(zhuǎn)移為豎直方向上的力，從而實(shí)現(xiàn)將零件頂起。因此將氣缸伸縮方向設(shè)置為與斜導(dǎo)槽平行，可以借助直角形的彎曲臂實(shí)現(xiàn)對(duì)氣缸伸縮力的轉(zhuǎn)換，使氣缸的行程更短，同時(shí)這種平行放置的方式有助于節(jié)省裝置的體積、提升其美觀度。

4.5 扇形模塊及驅(qū)動(dòng)裝置

扇形模塊的驅(qū)動(dòng)裝置為電機(jī)，電機(jī)的成本較低，壽命較長(zhǎng)，且通過(guò)控制電路可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)在關(guān)鍵位置的啟停。電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心與扇形模塊的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心重合，可以使扇形模塊沿標(biāo)準(zhǔn)的圓周線轉(zhuǎn)動(dòng)，而不至于發(fā)生偏轉(zhuǎn)影響裝置的工作。而扇形模塊默認(rèn)的位置使得其開口方向向上，而扇形模塊上的開口槽的中軸線穿過(guò)其轉(zhuǎn)動(dòng)軸心，檢測(cè)人員可以方便地從向上的開口處將圓柱形零件取出，方便零件的檢驗(yàn)過(guò)程。

4.6 電阻應(yīng)變片

裝置中的電阻應(yīng)變片以及與之相連的控制電路，是實(shí)現(xiàn)裝置自動(dòng)進(jìn)行零件的分離與運(yùn)輸?shù)暮诵?。電阻?yīng)變片在扇形模塊的開口槽的底部，作為控制器的信號(hào)輸入端；而氣缸驅(qū)動(dòng)閥門與控制扇形模塊的電動(dòng)機(jī)則作為控制器的輸出端。當(dāng)圓柱形零件到達(dá)斜導(dǎo)槽的開口處并進(jìn)入扇形模塊的開口槽時(shí)，便會(huì)對(duì)其底部的電阻應(yīng)變片產(chǎn)生壓力，而電阻應(yīng)變片在壓力的作用下電阻會(huì)發(fā)生變化，作為傳輸給控制器的信號(hào)?？刂破髟诮邮艿诫娮枳兓男盘?hào)后，便會(huì)驅(qū)動(dòng)與扇形模塊相連的電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，將扇形模塊歸位，這時(shí)檢測(cè)人員取走開口槽內(nèi)的零件，電阻應(yīng)變片在壓力消失后電阻會(huì)重新變化，此時(shí)控制器接受到信號(hào)后會(huì)向電動(dòng)機(jī)發(fā)送順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的命令，扇形模塊在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下重新將開口槽對(duì)準(zhǔn)斜導(dǎo)槽的底端而這時(shí)氣缸也會(huì)受到控制器的命令，進(jìn)行收縮操作，帶動(dòng)彎曲臂將靠近擋板處的零件頂起，使之越過(guò)擋板向斜導(dǎo)槽下方滾動(dòng)，氣缸在完成收縮操作后便會(huì)自動(dòng)伸長(zhǎng)，使彎曲臂歸位，準(zhǔn)備下一個(gè)動(dòng)作流程。

上文所述的這種循環(huán)動(dòng)作，可以使裝置的工作流程配合檢測(cè)人員的行動(dòng)，如果檢測(cè)人員不取走開口槽處的零件，控制器則不會(huì)收到電阻變化的信號(hào)，這時(shí)裝置便不會(huì)隨意動(dòng)作。這種裝置適應(yīng)人的操作，相較于傳統(tǒng)的機(jī)械化流程中人配合機(jī)械的工作，顯得更加人性化。在某種程度上，這也是本裝置的優(yōu)點(diǎn)之一。

5 結(jié)論

為提升金工生產(chǎn)中圓柱形零件分揀的自動(dòng)化，設(shè)計(jì)了一種可以自動(dòng)分揀圓柱形零件的裝置。該裝置的優(yōu)點(diǎn)在于可以規(guī)范生產(chǎn)，使生產(chǎn)過(guò)程更加省時(shí)省力，同時(shí)裝置制造的成本也很低廉。裝置的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)在于斜導(dǎo)槽夾角、凸起擋板、楔形擋塊、伸縮氣缸、扇形模塊及驅(qū)動(dòng)裝置以及電阻應(yīng)變片等控制電路，這也是裝置制造過(guò)程中需要重點(diǎn)注意的問(wèn)題。