瓷瓶抗扭自動(dòng)檢測(cè)機(jī)的設(shè)計(jì)

段艷丹，吳艷紅

（西安航天動(dòng)力試驗(yàn)技術(shù)研究所，陜西 西安 710199）

0 引言

瓷瓶抗扭檢測(cè)是電容器產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)的必備環(huán)節(jié)，國(guó)內(nèi)均采用人工用力矩扳手檢測(cè)的方式，人工檢測(cè)有兩大致命的缺點(diǎn)：①工作效率低：人工檢測(cè)一件需5分鐘左右，工作效率低；②瓷瓶裝卡困難：由于瓷瓶外形結(jié)構(gòu)的限制，在保護(hù)好瓷瓶及表面釉的前提下，人工固定瓷瓶存在很大困難。鑒于人工檢測(cè)存在工作效率低、裝卡困難等缺點(diǎn)，電容器行業(yè)迫切需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)瓷瓶抗扭自動(dòng)檢測(cè)的新型設(shè)備。

1 設(shè)備組成及原理

1.1 設(shè)備組成

該設(shè)備由瓷瓶氣動(dòng)固定機(jī)構(gòu)、力矩電機(jī)加載機(jī)構(gòu)、中心距切換定位機(jī)構(gòu)、機(jī)架、懸臂機(jī)構(gòu)、接近開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等組成。

圖1 瓷瓶抗扭自動(dòng)檢測(cè)機(jī)總圖Fig.1 Porcelain torsion testing machine assembly drawing automatically

圖2 瓷瓶抗扭自動(dòng)檢測(cè)機(jī)三維圖Fig.2 3d image of China bottle anti-torsion automatic detection machine

1.2 設(shè)備工作原理

首先調(diào)節(jié)固定兩工位的中心距與瓷瓶中心距一致，再將瓷瓶放置在瓷瓶固定機(jī)構(gòu)上，根據(jù)工件高度調(diào)節(jié)接近開(kāi)關(guān)的位置，將接近開(kāi)關(guān)固定在距瓷瓶上沿20mm處，啟動(dòng)設(shè)備，瓷瓶氣動(dòng)固定機(jī)構(gòu)自動(dòng)將瓷瓶底座壓緊，上壓頭自動(dòng)快速下移，移動(dòng)到接近開(kāi)關(guān)處，速度下降，瓷瓶螺柱平穩(wěn)導(dǎo)入上壓頭并與上壓頭擰緊，力矩電機(jī)加載機(jī)構(gòu)施加力矩完成后，上壓頭自動(dòng)旋出，瓷瓶固定機(jī)構(gòu)回位，完成瓷瓶抗扭檢測(cè)，工人將瓷瓶工件取下。之后檢測(cè)同一型號(hào)瓷瓶工件，只需將工件放置在工位上，完成檢測(cè)后，將工件取下。檢測(cè)不同型號(hào)瓷瓶工件，重復(fù)以上動(dòng)作。

2 關(guān)鍵技術(shù)及解決情況

在設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要解決瓷瓶固定技術(shù)、純力矩傳遞技術(shù)、自動(dòng)螺栓擰緊技術(shù)、快捷精準(zhǔn)定位技術(shù)、自動(dòng)斷電鎖緊技術(shù)、扭矩采集和運(yùn)算技術(shù)、扭矩控制技術(shù)等重大技術(shù)問(wèn)題。

圖3 工作原理圖Fig.3 Work schematic diagram

2.1 瓷瓶固定技術(shù)

由于瓷瓶外形結(jié)構(gòu)的限制，為了保護(hù)好瓷瓶及表面釉質(zhì)，采用氣缸壓緊瓷瓶不銹鋼底座的方式固定瓷瓶，且機(jī)構(gòu)整體為立式。壓緊頭設(shè)計(jì)為中空式可保護(hù)瓷瓶底部的釉面及瓷，壓緊頭材質(zhì)為軟橡膠，即避免了瓷瓶上不銹鋼底座被劃傷，又增加了壓頭與瓷瓶底座的摩擦力，保證瓷瓶底座固定牢固。立式的結(jié)構(gòu)使瓷瓶不與任何外物接觸，杜絕瓷瓶產(chǎn)生摩擦力，保證了檢測(cè)的精準(zhǔn)性。瓷瓶壓緊頭上的連桿插入氣缸支座的導(dǎo)向孔中，杜絕壓緊頭在壓緊過(guò)程中受扭矩作用而旋轉(zhuǎn)。

2.2 純力矩傳遞技術(shù)

該設(shè)備需要將電機(jī)的輸出力矩分毫不差地傳遞到瓷瓶上，減少或增加力矩都會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了去除力矩傳遞過(guò)程中多余的壓力、摩擦力等，設(shè)計(jì)了扭矩輸出機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由一個(gè)推力球軸承、兩個(gè)角接觸軸承、軸芯等組成，該結(jié)構(gòu)使摩擦力和壓力都作用在軸承上，由于軸承滾珠的摩擦系數(shù)很小，可忽略不計(jì)，這樣就巧妙的消除了力矩傳遞過(guò)程多余的壓力、摩擦力等，實(shí)現(xiàn)了將力矩電機(jī)的輸出力矩直接傳遞到工件上，保證檢測(cè)準(zhǔn)確性，攻克了純電機(jī)輸出力矩傳遞的難題。

2.3 自動(dòng)螺栓擰緊技術(shù)

瓷瓶抗扭檢測(cè)是通過(guò)將力矩施加到瓷瓶的螺柱上實(shí)現(xiàn)的，所以就必須將壓頭下端設(shè)計(jì)成螺紋孔，以便和瓷瓶螺柱固定。但是螺柱和螺紋孔在自動(dòng)旋入上緊的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)位、咬死等現(xiàn)象，通過(guò)設(shè)計(jì)防咬死、防錯(cuò)位壓頭，實(shí)現(xiàn)工件上端螺柱自動(dòng)導(dǎo)入壓頭，壓頭自動(dòng)旋轉(zhuǎn)與工件上端螺柱擰緊，從而將電機(jī)的輸出力矩施加到工件上；攻克了螺柱旋入咬死、錯(cuò)位的難題，實(shí)現(xiàn)了螺柱自動(dòng)旋入并擰緊。

2.4 快捷精準(zhǔn)定位技術(shù)

瓷瓶分為單體式和一體式的，一體式是由兩個(gè)瓷瓶固定在一起的，且兩瓷瓶中心距尺寸不定，在瓷瓶抗扭檢測(cè)過(guò)程中，兩套瓷瓶抗扭機(jī)構(gòu)的中心距需根據(jù)產(chǎn)品的尺寸調(diào)節(jié)。在以往設(shè)計(jì)的定位機(jī)構(gòu)中，往往是精準(zhǔn)和快捷不可兼得，此次通過(guò)設(shè)計(jì)錐孔定位機(jī)構(gòu)，將瓷瓶抗扭機(jī)構(gòu)安裝在導(dǎo)軌上，只需將一套瓷瓶抗扭機(jī)構(gòu)移動(dòng)到錐孔上方，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，導(dǎo)桿會(huì)自動(dòng)導(dǎo)入錐孔，實(shí)現(xiàn)快速將兩旋壓機(jī)構(gòu)中心距切換成一體式瓷件兩瓷瓶中心距；攻克了機(jī)構(gòu)定位方便、精準(zhǔn)不可兼得的難題，實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)定位既方便又精準(zhǔn)。

圖4 快捷定位機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Schematics of quick positioning mechanism

2.5 自動(dòng)斷電鎖緊技術(shù)

為了提高設(shè)備的生產(chǎn)效率，采用氣缸推動(dòng)上壓頭上下移動(dòng)，如果用一般的氣路系統(tǒng)，當(dāng)斷電或斷氣時(shí)，上壓頭會(huì)因重力迅速下墜，造成瓷瓶產(chǎn)品的損害甚至人員傷害。為了保證人員安全和產(chǎn)品完好，設(shè)計(jì)中泄式空壓誘導(dǎo)止回系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)斷電壓頭自動(dòng)鎖死，而不會(huì)下墜，保證設(shè)備的安全性，攻克了斷電壓頭會(huì)因重力迅速下墜，造成危險(xiǎn)的難題。

圖5 自動(dòng)斷電鎖緊氣路圖Fig.5 Automatic power failure lock gas path diagram

2.6 扭矩控制技術(shù)

通過(guò)采用伺服電機(jī)速度/扭矩混合控制模式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)輸出軸扭矩的控制，克服了以往位置控制模式下，伺服電機(jī)過(guò)載報(bào)警和堵轉(zhuǎn)問(wèn)題。

2.7 扭矩采集和運(yùn)算技術(shù)

采用西門(mén)子PLC模擬量模塊EM232和EM235，實(shí)現(xiàn)了伺服電機(jī)輸出軸扭矩的采集和運(yùn)算，克服了采集板卡易受干擾的問(wèn)題，且與主機(jī)CPU有很好的兼容性。基于價(jià)格考慮，應(yīng)用伺服電機(jī)自身模擬量（扭矩）輸入和輸出功能，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的成本控制，節(jié)省了兩臺(tái)扭矩傳感器的使用，節(jié)約成本約16000元。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，減小了設(shè)備的體積。

圖6 模擬量輸出模塊Fig.6 Analog output module

圖7 模擬量輸入模塊Fig.7 Input module of analog quantity

3 結(jié)束語(yǔ)

瓷瓶抗扭檢測(cè)機(jī)的研制，成功的實(shí)現(xiàn)了瓷瓶抗扭的自動(dòng)檢測(cè)，檢測(cè)一件產(chǎn)品僅需30秒左右，檢測(cè)速度提高了20倍，精確度也從之前的70%提高到了99%，極大的提高了工作效率和檢測(cè)精度。2017年12月，我公司設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的國(guó)內(nèi)第一臺(tái)瓷瓶抗扭檢測(cè)機(jī)順利通過(guò)驗(yàn)收，并交付客戶使用。該設(shè)備的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足客戶要求，目前使用良好。