自動打標(biāo)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

摘要：自動打標(biāo)機(jī)機(jī)械傳動經(jīng)減速器輸出軸外伸端安裝同步帶（或V帶）傳動，將運(yùn)動及動力分路傳動，一路通過聯(lián)軸器傳給上凸輪，一路直傳下凸輪，凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動移動從動件推桿1與打印頭2，在工作節(jié)拍匹配的前提下完成產(chǎn)品外包裝信息打印動作功能。

Abstract： The mechanical transmission of automatic marking machine is equipped with synchronous belt （or V belt） transmission through the out-of-extension end of the output shaft of the reducer， which will drive the motion and power， and pass it all the way to the upper cam through the coupling， and pass the lower cam directly. The cam mechanism drives the moving follower push rod 1 and the print head 2 to complete the product packaging information printing action function under the premise of matching the working beat.

關(guān)鍵詞：自動打標(biāo)機(jī)；凸輪機(jī)構(gòu)；工作節(jié)拍匹配

Key words： automatic marking machine；cam mechanism；work beat matching

中圖分類號：TB486 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）28-0122-02

某產(chǎn)品外包裝上需要打印生產(chǎn)日期、保質(zhì)期等產(chǎn)品信息，打印動作如圖1所示，在生產(chǎn)線上首先由推送機(jī)構(gòu)的推桿1將產(chǎn)品3送至待打印的位置，然后打印頭機(jī)構(gòu)的打印頭2向下完成打印操作。其中推桿1的運(yùn)動規(guī)律：短休止——勻速直線運(yùn)動推送——勻速直線運(yùn)動退回——休止；打印頭2的運(yùn)動規(guī)律：勻速直線運(yùn)動向下——休止——勻速直線運(yùn)動退回——休止；推桿1與打印頭2的運(yùn)動周期相同，要求設(shè)計(jì)一臺能夠完成已描述運(yùn)動規(guī)律、且滿足工作節(jié)拍要求的自動打標(biāo)機(jī)。

設(shè)計(jì)之初首先要擬定機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動循環(huán)圖，根據(jù)機(jī)械對工藝過程及運(yùn)動的要求，建立各執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)之間的協(xié)調(diào)配合關(guān)系，如果這種配合協(xié)調(diào)合理，即可保證機(jī)械有較高的生產(chǎn)率及較低的能耗。運(yùn)動協(xié)調(diào)配合關(guān)系，通常包含執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動，在時間（順序）和空間（是否干涉等）上的雙重考慮。針對此案，設(shè)計(jì)了3種機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動及運(yùn)動循環(huán)圖，如圖2所示，方案1：推桿1與打印頭2串聯(lián)式組合，推桿1先完成一個運(yùn)動循環(huán)，打印頭2接著完成一個運(yùn)動循環(huán)，重復(fù)交替循環(huán)。方案2：推桿1與打印頭2并聯(lián)式組合，推桿1的A1點(diǎn)與打印頭2的A2點(diǎn)同步到達(dá)工作位置，推桿1即到即退，打印頭2停留延時打印。方案3：調(diào)整推桿1在一個運(yùn)動循環(huán)內(nèi)運(yùn)動區(qū)段與停歇區(qū)段的相對位置，使產(chǎn)品提前Δt秒時間到達(dá)工作位置，注意循環(huán)圖中A1、A2兩點(diǎn)的位置，說明推桿1以領(lǐng)先打印頭2Δt秒的時間運(yùn)行到工作位置，Δt秒后打印頭2運(yùn)行到工作位置并休止延時打印。對于方案1，整個打印工作循環(huán)所需時間最長，即T=Tmax=T1+T2，這種方案設(shè)計(jì)效率最低，不合理；方案2在理論上整個打印工作循環(huán)所需時間最短T=Tmax=T1=T2，但由于制造、安裝等誤差而導(dǎo)致機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動誤差，有可能產(chǎn)品還未到工作位置，而打印頭2已經(jīng)到達(dá)工作位置，這種方案設(shè)計(jì)效率最高，但最不可靠。方案3使推桿1具有運(yùn)動時間提前量Δt，其具體數(shù)值可根據(jù)產(chǎn)品大小及實(shí)際可能的誤差因素綜合地加以確定，相比之下方案3運(yùn)動循環(huán)設(shè)計(jì)效率較高，動作可靠合理。

鑒于推桿1與打印頭2的運(yùn)動規(guī)律、循環(huán)動作及節(jié)拍匹配，推桿1與打印頭2均選擇由凸輪機(jī)構(gòu)自動循環(huán)控制，根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場特點(diǎn)及出貨產(chǎn)量要求，設(shè)計(jì)凸輪工作轉(zhuǎn)速500r/min，打印節(jié)拍100個/min，選用三相異步電動機(jī)作為動力源，自動打標(biāo)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動簡圖如圖3。

自動打標(biāo)機(jī)工作原理：電動機(jī)驅(qū)動V帶傳動，小帶輪安裝在電機(jī)軸上，斜向上將運(yùn)動及動力傳給大帶輪，大帶輪將運(yùn)動及動力傳給齒輪減速器，實(shí)現(xiàn)減速增矩，減速器輸出軸外伸端安裝同步帶（或V帶）傳動，將運(yùn)動及動力分路傳動，一路通過聯(lián)軸器傳給上凸輪，一路直傳下凸輪，保證兩個凸輪同步回轉(zhuǎn)，凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動移動從動件推桿1與打印頭2，在滿足工作節(jié)拍的前提下完成產(chǎn)品外包裝信息打印動作。自動打標(biāo)機(jī)設(shè)計(jì)最重要的是兩個凸輪機(jī)構(gòu)工作節(jié)拍的匹配，打印節(jié)拍100個/min，即1min/100個=60s/100個=0.6s/個，即打印一個包裝盒的時間是0.6s，凸輪機(jī)構(gòu)一個循環(huán)的周期是0.6s。根據(jù)圖2方案3的打印機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)圖分配各段時間，推桿1：短休止0.04s，勻速直線運(yùn)動推送0.13s，勻速直線運(yùn)動退回0.13s；長休止0.3s，一個周期0.6s。打印頭2：勻速直線運(yùn)動向下0.19s，休止0.13s，勻速直線運(yùn)動退回0.19s，休止0.09s，一個周期0.6s。將時間周期轉(zhuǎn)換成角度周期，即推桿1：短休止24°，勻速直線運(yùn)動推送78°，勻速直線運(yùn)動退回78°；長休止180°，一個周期360°。打印頭2：勻速直線運(yùn)動向下114°，休止78°，勻速直線運(yùn)動退回114°，休止54°，一個周期360°。假設(shè)兩個凸輪的基圓直徑定為30mm，移動從動件推桿1與打印頭2的行程定為50mm，據(jù)此通過反轉(zhuǎn)法即可作出滿足工作節(jié)拍要求的兩個凸輪輪廓曲線，如圖4所示。一個循環(huán)周期內(nèi)，兩個凸輪啟動同步回轉(zhuǎn)，推桿1于0.17s先行到達(dá)工作位置，隨即退回，打印頭2于0.19s滯后到達(dá)工作位置，0.19～0.32s打印頭2休止延時打印，隨即退回，推桿1、打印頭2的退回動作都是在彈簧驅(qū)動下強(qiáng)制完成的。

上下凸輪軸心線高度位置計(jì)算：凸輪最長徑65mm，從動件打印頭2長度100mm，余程7.5mm，總共172.5 mm。上下凸輪軸心線寬度位置計(jì)算：凸輪最長徑65mm，從動件推桿1長度155mm，余程25mm，總共245mm。通過上述設(shè)計(jì)分析計(jì)算，用CAD繪制自動打標(biāo)機(jī)裝配圖，裝配圖以打印機(jī)構(gòu)工作位置繪制，兩個凸輪機(jī)構(gòu)在工作位置如圖5所示。樣機(jī)試制經(jīng)調(diào)試使用效果良好，如果凸輪、滾子零件的寬度再大點(diǎn)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性更好，如果凸輪輪廓曲線能夠修正得更光滑，機(jī)構(gòu)振動會更小，穩(wěn)定性更好，如果凸輪最小傳動角能夠控制在50°左右，機(jī)構(gòu)的傳動動力性能更優(yōu)。

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