方形水準(zhǔn)泡自動(dòng)裝配機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

□ 儲(chǔ)博凱 □ 俞龍杰 □ 韋銘軒 □ 陳 龍 □ 江曉亮

衢州學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 浙江衢州 324000

1 設(shè)計(jì)背景

水準(zhǔn)泡作為一種測(cè)量?jī)x器,被用于測(cè)量鉛垂或水平位置的精準(zhǔn)度。水準(zhǔn)泡包括普通式長(zhǎng)水準(zhǔn)泡、補(bǔ)償式長(zhǎng)水準(zhǔn)泡、電子水準(zhǔn)泡、電子補(bǔ)償器、塑料水準(zhǔn)泡等,共有三百余種,廣泛應(yīng)用于小型儀器和大型機(jī)械設(shè)備等的調(diào)平。

水準(zhǔn)泡對(duì)機(jī)械設(shè)備的制造及安裝有很大作用。沒有水準(zhǔn)泡的輔助,機(jī)械設(shè)備的制造、安裝會(huì)有很多不便之處。因此,對(duì)水準(zhǔn)泡的創(chuàng)新與研究還在不斷進(jìn)行中。

水準(zhǔn)泡的制作過程主要包括分選、注水、加蓋等。在水準(zhǔn)泡制作時(shí),大多水準(zhǔn)泡生產(chǎn)廠家的制造工藝及自動(dòng)化裝配技術(shù)水平較低,水準(zhǔn)泡的分選主要依靠人工,分選速度慢,耗費(fèi)人力物力,并且生產(chǎn)成本比較高,生產(chǎn)出的水準(zhǔn)泡精度差。在市場(chǎng)對(duì)水準(zhǔn)泡有較大需求的情況下,研制水準(zhǔn)泡自動(dòng)分選裝置十分有必要。水準(zhǔn)泡自動(dòng)分選裝置可以在很大程度上節(jié)約勞動(dòng)力成本,進(jìn)而降低廠家生產(chǎn)成本。

筆者以方形水準(zhǔn)泡為研究對(duì)象,對(duì)方形水準(zhǔn)泡自動(dòng)裝配機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)方形水準(zhǔn)泡的自動(dòng)裝配,提高水準(zhǔn)泡的分選效率,降低水準(zhǔn)泡的生產(chǎn)成本,使廠家在市場(chǎng)中有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

2 水準(zhǔn)泡裝配現(xiàn)狀

方形水準(zhǔn)泡裝配技術(shù)主要有人工裝配和自動(dòng)裝配兩種方式。自動(dòng)裝配可以降低裝配成本,改善工人勞動(dòng)條件,提高產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性,并且提高裝配工作效率。

自動(dòng)裝配又分為兩種,一種是半自動(dòng)裝配,另一種是全自動(dòng)裝配。半自動(dòng)裝配的可靠性比全自動(dòng)裝配要低一些,并且半自動(dòng)裝配通過人工操作進(jìn)行纏繞作業(yè),工人的安全得不到保障。

3 方形水準(zhǔn)泡自動(dòng)裝配機(jī)構(gòu)工作原理

通過對(duì)方形水準(zhǔn)泡結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析,確定方形水準(zhǔn)泡自動(dòng)裝配機(jī)構(gòu)的工作原理。通過分料機(jī)構(gòu)對(duì)水準(zhǔn)泡進(jìn)行分料,使水準(zhǔn)泡可以整齊地排列在規(guī)定的軌道中。在振動(dòng)盤上的軌道上,設(shè)置一個(gè)帶有鉤子的調(diào)向機(jī)構(gòu),使水準(zhǔn)泡可以按同一方向排列,等待注水機(jī)構(gòu)注入液體。注入液體后,水準(zhǔn)泡通過氣缸機(jī)構(gòu)沿軌道傳送至指定位置,在氣缸的作用下,橡膠蓋壓入水準(zhǔn)泡上方,之后在氣缸的推動(dòng)下,水準(zhǔn)泡掉入指定筐中。

橡膠蓋在振動(dòng)盤中緩慢上升,上升過程中需經(jīng)過篩選。橡膠蓋上升時(shí),橡膠蓋的一端可以卡入振動(dòng)盤頂部的凹槽,然后繼續(xù)向前傳送。若因?yàn)榻嵌?、方向的問題沒能卡入凹槽,則橡膠蓋會(huì)落入下方的裝料盤中,并重新向上傳送。

4 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 加蓋機(jī)構(gòu)

加蓋機(jī)構(gòu)如圖1所示,主要由一個(gè)圓形推動(dòng)氣缸和一個(gè)具有拾取功能的氣缸機(jī)構(gòu)組成。水準(zhǔn)泡傳送至指定位置時(shí),加蓋機(jī)構(gòu)將滑塊推動(dòng)至振動(dòng)盤上方,并拾取一個(gè)橡膠蓋。在推動(dòng)氣缸的作用下,滑塊準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)至指定位置,從而實(shí)現(xiàn)裝配的準(zhǔn)確性。通過氣缸將橡膠蓋運(yùn)送至指定水準(zhǔn)泡上方,在氣缸的作用下將橡膠蓋壓入水準(zhǔn)泡,完成裝配。拾取橡膠蓋時(shí),為保證橡膠蓋能準(zhǔn)確地傳送至水準(zhǔn)泡上方,滑塊需要與水準(zhǔn)泡保持相匹配的傳遞速度,保證在拾取和裝配橡膠蓋的過程中水準(zhǔn)泡處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。

▲圖1 加蓋機(jī)構(gòu)

4.2 注水機(jī)構(gòu)

注水機(jī)構(gòu)如圖2所示,主要由一個(gè)可以上下活動(dòng)的托盤和一個(gè)用于注水的氣缸組成。當(dāng)水準(zhǔn)泡傳送至指定位置時(shí),注水機(jī)構(gòu)能夠準(zhǔn)確地將液體注入水準(zhǔn)泡。在注水過程中,水準(zhǔn)泡需保持靜止?fàn)顟B(tài),保證注水過程的準(zhǔn)確性。

▲圖2 注水機(jī)構(gòu)

5 主要零部件參數(shù)

5.1 圓形推動(dòng)氣缸

在加蓋機(jī)構(gòu)中,用于推動(dòng)滑塊的圓形推動(dòng)氣缸的功能是推動(dòng)拾取機(jī)構(gòu)在固定滑軌上來回滑動(dòng)。由于圓形推動(dòng)氣缸裝配在比較狹窄的套環(huán)中,因此在選擇氣缸時(shí),既要能夠克服滑塊與固定滑軌的摩擦力,又要保證氣缸在運(yùn)動(dòng)中不與其它機(jī)構(gòu)發(fā)生碰撞,并且氣缸的安裝空間盡量小。

滑塊在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過程中受到的摩擦力Ff為:

Ff=μFn=4.8 N

式中:μ為摩擦因數(shù),μ=0.6;Fn為支持力,Fn=8 N。

氣缸推力F為:

F=πD2P/4

(1)

式中:D為氣缸直徑;P為氣缸供氣壓力。

考慮到氣缸在工作時(shí)有5%～15%的能量損失,圓形推動(dòng)氣缸的實(shí)際效率為80%～95%。已知圓形推動(dòng)氣缸所需的工作壓力為0.5 MPa,工作時(shí)的效率為85%,所需的推力為4.8 N,由此可得圓形推動(dòng)氣缸的直徑D為:

在選擇圓形推動(dòng)氣缸時(shí),需留有余量,因此選擇比計(jì)算結(jié)果值稍大的雙作用氣缸,才能符合工作要求。在選擇氣缸型號(hào)時(shí),考慮到傳送機(jī)構(gòu)安裝的便利性,以及產(chǎn)品生產(chǎn)成本等原因,筆者選擇的圓形推動(dòng)氣缸為CJ2L10-100AR標(biāo)準(zhǔn)型雙作用氣缸,氣缸直徑為10 mm,工作范圍為0～100 mm,工作壓力為0.06～0.7 MPa,活塞運(yùn)動(dòng)速度為50～500 mm/s。

5.2 注水氣缸

注水氣缸與固定在工作臺(tái)上的托盤相連,功能是在指定位置將液體準(zhǔn)確地注入水準(zhǔn)泡。因?yàn)樽⑷胍后w的時(shí)間較短,所以要求注水氣缸上下移動(dòng)速度要快。由于注水氣缸與工作臺(tái)托盤相連接,安裝空間較小,因此要求注水氣缸的外觀尺寸越小越好,這樣才能節(jié)省空間,達(dá)到安裝方便、降低成本的最優(yōu)目標(biāo)。

根據(jù)上述分析,選用CDA2W10-80雙作用氣缸,接口口徑為5 mm,缸徑為10 mm,活塞行程為80 mm,壓力為0.06～0.7MPa。

注水氣缸工作時(shí),運(yùn)動(dòng)速度為200 mm/s,則單程時(shí)間為0.4 s。

6 結(jié)束語

通過對(duì)方形水準(zhǔn)泡自動(dòng)裝配機(jī)構(gòu)的工作原理進(jìn)行分析,并根據(jù)方形水準(zhǔn)泡在裝配時(shí)存在的難點(diǎn),設(shè)計(jì)了合理的方形水準(zhǔn)泡自動(dòng)裝配機(jī)構(gòu),并確定了主要零部件的尺寸和功能。

通過實(shí)際模擬測(cè)試,所設(shè)計(jì)的方形水準(zhǔn)泡自動(dòng)裝配機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,可解決人工分選效率低的弊端,降低生產(chǎn)成本,滿足大批量生產(chǎn)的要求。