全自動(dòng)胸章制作臺(tái)的設(shè)計(jì)與研究

河南省濟(jì)源市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 李亞娟

桂林電子科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 郭魏源

在胸章制作過程中，經(jīng)常遇到小型平板類的半成品。生產(chǎn)時(shí)工人常需用手或手持工具把板件送入模具工作區(qū)。由于沖壓力度較大，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)工人手指受損，這就給沖壓的安全生產(chǎn)帶來隱患。若沖壓事故使工人手指折斷，這不僅給工人帶來身體上的損毀，而且會(huì)增加制作成本，降低工作效率。為了避免這些不必要的損失，提高工作效率，需要將胸章制作機(jī)改進(jìn)為全自動(dòng)的胸章制作臺(tái)。本文，筆者介紹了一種全自動(dòng)胸章制作臺(tái)。按照設(shè)計(jì)要求給出了工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括外形設(shè)計(jì)、各零件的尺寸。該工作臺(tái)改進(jìn)了胸章的制作過程，可以有效地提高工作效率和降低工作風(fēng)險(xiǎn)。

一、設(shè)計(jì)要求

實(shí)現(xiàn)胸章制作過程的全自動(dòng)化，8 h工作制條件下的單機(jī)每個(gè)工作日產(chǎn)量為5 000左右，即每分鐘要完成10個(gè)左右。將工作效率定為每個(gè)需時(shí)4s，即每個(gè)工作日的單機(jī)產(chǎn)量約為7 200個(gè)。

二、轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)和下料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)的工作任務(wù)是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤上的下半部分模具的運(yùn)動(dòng)和靜止?fàn)顟B(tài)、配合送料機(jī)構(gòu)和上半部分模具沖壓、成品的下料。要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，則轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速設(shè)定為5 r/min。轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)可以選取適當(dāng)?shù)碾妱?dòng)機(jī)，經(jīng)過減速器降至5 r/min的轉(zhuǎn)速，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)工作。轉(zhuǎn)盤通過不完全齒輪實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤上的下半部分模具的運(yùn)動(dòng)和靜止?fàn)顟B(tài)。轉(zhuǎn)盤的停動(dòng)狀態(tài)如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)盤停動(dòng)狀態(tài)

以開始送料為初始時(shí)間，一個(gè)工作循環(huán)的工步安排如下：0～4/3 s上下片下料，2～10/3 s切膜制成上片半成品，4～16/3 s吸嘴吸起上片半成品，6～22/3 s吸嘴放下上片，8～28/3 s上下片沖壓成成品，10～34/3 s下料；其余時(shí)間為轉(zhuǎn)盤運(yùn)動(dòng)時(shí)間。

由轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)不完全齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)嚙合齒輪的間歇運(yùn)動(dòng)，與其嚙合的齒輪與轉(zhuǎn)盤在同一根軸上，從而也就實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)盤的間歇運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而下半部分模具同時(shí)也具有了運(yùn)動(dòng)和靜止?fàn)顟B(tài)。轉(zhuǎn)盤在靜止的狀態(tài)時(shí)，送料機(jī)構(gòu)、切膜機(jī)構(gòu)、沖壓機(jī)構(gòu)、下料機(jī)構(gòu)完成各自的任務(wù)。每個(gè)工位有2 s 的工作時(shí)間，轉(zhuǎn)盤的工位如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)盤工位

整個(gè)工作過程：首先上下片送料機(jī)構(gòu)同時(shí)開始送料，2 s后上片到達(dá)切膜沖壓工位從而制成上片半成品，2 s后上片到達(dá)下一工位被吸起，2 s后下片到達(dá)被吸起的上片正下方，上片被放下。與此同時(shí)，送料機(jī)構(gòu)重新開始送料，即下一個(gè)工作過程開始。2 s后到達(dá)沖壓處，上下片沖壓成成品，2 s后到達(dá)下料處，成品被推出模具槽。然后循環(huán)工作過程。

成品的下料是利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將成品推出模具槽。由轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)桿與滑塊上下運(yùn)動(dòng)。滑塊向上運(yùn)動(dòng)至頂端過程將成品頂出，由于擋板的作用，成品沿下料處滑下，從而實(shí)現(xiàn)了成品的下料。

三、帶別針下片原料的送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.工作原理。送料機(jī)構(gòu)的工作任務(wù)是將胸章下片平穩(wěn)準(zhǔn)確地送至定位工位，胸章下片的形狀為圓形，并且?guī)в袆e針。胸章下片的提供方式為成摞疊放在供料桶中。供料桶由直徑稍比下片直徑大的空心圓筒組成，其下限位比下片的厚度大2 mm。下片的供送為水平供送，供料桶正下方為剪刀式夾緊定位機(jī)構(gòu)，剪刀式夾緊定位機(jī)構(gòu)的下方是送料槽，當(dāng)剪刀張開時(shí)，別針方向已經(jīng)確定的胸章下片落入送料槽后，推槽送料機(jī)構(gòu)做水平直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)將蓋送至轉(zhuǎn)盤的下片模具中。供料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

剪刀式夾緊機(jī)構(gòu)固定在支撐槽上，它的前端部分完成夾緊定位工作，此結(jié)構(gòu)通過凸輪的運(yùn)轉(zhuǎn)使剪叉的閉合和打開達(dá)到夾緊和松開別針的目的，并和支撐槽配合的推料滑板部分實(shí)現(xiàn)胸章下片的推料送料。與胸章下片別針接觸部位為推料滑板的突起的8 mm 部分，從而確保了胸章下片在送料過程中保持平穩(wěn)，不偏移。

圖3 下片送料機(jī)構(gòu)

2.支撐槽外形設(shè)計(jì)。支撐槽尺寸左側(cè)長為160 mm 寬為85 mm，此部分用于支撐剪子定位下片別針后停放別針部分，往右側(cè)長為200 mm 寬為85 mm，多加了支撐剪子的部分，接下去的是支撐剪子四邊部分，所以設(shè)置比左側(cè)要寬，寬為100mm，作為固定剪刀定位機(jī)構(gòu)的槽帶厚為8 mm。為了節(jié)省材料留給推料槽部分僅為200 mm 長，剩下的僅起到固定刀定位機(jī)構(gòu)即可，長為120 mm，厚度為8 mm。

3.推料滑板的設(shè)計(jì)。完成定位后，推料滑板將胸章下片送至下模。推料滑板的長度為200 mm。推料滑板做水平直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)胸章下片的供料。推料滑板為上高為8 mm 寬5 mm，下高為12 mm寬69 mm，其中上部分推動(dòng)別針而達(dá)到推送胸章下片的目的，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 支撐槽及推料滑板

推料滑板沿導(dǎo)軌向前運(yùn)動(dòng)，支撐槽前端應(yīng)與下模具平齊，下片模具與軌道前端接觸部分應(yīng)開一個(gè)推料滑板可插入模具之中的接口，確保下片可順利進(jìn)入模具內(nèi)。接著推料槽返回原位，繼而進(jìn)行下一個(gè)推程，推動(dòng)下一個(gè)胸章下片向前移動(dòng)。

4.剪刀式夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。當(dāng)送料機(jī)構(gòu)開始推程運(yùn)動(dòng)時(shí)，剪刀式夾緊機(jī)構(gòu)首先進(jìn)行夾緊定位，在剪刀式夾緊機(jī)構(gòu)的剪子部位完成夾緊別針定位和剪子松開使別針定位好，達(dá)到方向已定的下片在支撐槽中，等待推料滑板將下片推入下模具中，夾緊機(jī)構(gòu)完成一個(gè)夾緊動(dòng)作，然后剪子松開讓下片落入支撐槽，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

為使機(jī)器結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)要確保能夠夾到別針，剪子部分長度為100 mm，為胸章下圓片直徑的2.5 倍。四邊形部分長度分別為150 mm和47.66 mm，這二者長度的確定是為使長度變化適宜，剛好可以在同一直線上設(shè)置凸輪，減少占用空間。夾緊和松開剛好為滑塊的最遠(yuǎn)位置和最近位置，兩個(gè)極限位置之間的距離為23 mm，由于變化距離太短，為了使凸輪便于設(shè)計(jì)，須將行程通過連桿放大，連桿長度為69 mm，凸輪的基圓直徑設(shè)為40 mm。

圖5 剪刀式夾緊定位機(jī)構(gòu)

5.機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式分析。胸章下片送料機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)，在胸章下片的送料機(jī)構(gòu)傳動(dòng)上采用這類機(jī)構(gòu)，適當(dāng)?shù)倪x擇曲柄搖桿參數(shù)便可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)送料動(dòng)作。為了結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間，傳動(dòng)平穩(wěn)，保證精度，對(duì)兩個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行行程的放大和縮小，便于對(duì)凸輪進(jìn)行設(shè)置和選擇。和推料滑板相連的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行縮小了4倍，凸輪的行程差h（40 mm）是推料滑板行程s（160 mm）的1/4。便于凸輪的設(shè)計(jì)。和剪刀式夾緊定位機(jī)構(gòu)相連的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行放大了1.74倍，凸輪的行程差h（40 mm）是剪刀式夾緊定位行程s（23 mm）的1.74。

四、金屬上片原料的送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

上片的送料直接用空間凸輪機(jī)構(gòu)來推動(dòng)送料桿來回運(yùn)動(dòng)達(dá)到送料目的，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖6所示。為配合好轉(zhuǎn)盤的工作，控制好凸輪的轉(zhuǎn)速以及休止角、推程角、回程角的分配比例即可達(dá)到控制分配各段時(shí)間的目的。

圖6 送料機(jī)構(gòu)

五、薄膜切割及沖壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

薄膜切割及沖壓過程較為簡(jiǎn)單，可直接將手動(dòng)的制作器改為受控型的裝置。本節(jié)將介紹受控裝置的薄膜帶狀原料的處理工作過程的時(shí)間分配問題。轉(zhuǎn)盤的周期是12 s。經(jīng)分析，一個(gè)成品制成過程由切膜和印模、吸起上片半成品、上下片合并3個(gè)工序組成，分配給每個(gè)工序操作時(shí)間為2 s。由此可以看出每個(gè)工位的循環(huán)工作時(shí)間為4 s。切膜工位在前2 s完成切模沖壓過程，后2 s 靜止。下一工位，前2 s 吸起上片半成品，后2 s 放下。沖壓工位前2s完成沖壓動(dòng)作，后2 s靜止。

綜上，本文，筆者提出了一種全自動(dòng)胸章制作臺(tái)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)。該工作臺(tái)改進(jìn)了在實(shí)踐過程中的胸章制作過程，有效地提高了工作效率。工人在實(shí)際操作過程中，只需要將原材料放入料斗中，然后再收集成品即可，大大降低工作風(fēng)險(xiǎn)。隨著我國勞動(dòng)力成本的提高，自動(dòng)化的過程符合降低成本的需要，相信本設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)胸章制作企業(yè)有所幫助。