基于SolidWorks 的膠條自動(dòng)分料包裝裝置設(shè)計(jì)

韋月萍，寧輝旺，嚴(yán)景琳，姜 唯，廖維偉，沈乃瑞，劉 飛＊

（桂林電子科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，廣西 桂林 541000）

導(dǎo)電膠條俗稱為斑馬條，由導(dǎo)電硅膠和絕緣硅膠交替分層疊加后硫化成型。導(dǎo)電橡膠連接器性能穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)裝配簡便高效。導(dǎo)電膠條廣泛應(yīng)用于游戲機(jī)、電話、電子表、計(jì)算器、儀表等產(chǎn)品的液晶顯示器與電路板的連接，以及設(shè)備主體與蓋板之間的密封。目前，導(dǎo)電膠條的生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，廠家在實(shí)際生產(chǎn)過程中，需對導(dǎo)電膠條質(zhì)量進(jìn)行檢測，經(jīng)檢測篩選后的導(dǎo)電膠條為雜亂無章的狀態(tài)。該狀態(tài)下，若采用人工裝袋的方式勢必造成工作量大，效率低，成本高，且不能對產(chǎn)品包裝質(zhì)量和裝袋數(shù)量進(jìn)行管控。為了解決以上問題，在大量生產(chǎn)實(shí)踐及理論分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)企業(yè)委托，基于SolidWorks 軟件[1，2]，對導(dǎo)電膠條自動(dòng)分料包裝裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的整體三維裝配圖如圖2 所示。

1 膠條包裝現(xiàn)存的問題

導(dǎo)電膠條是由絕緣層、導(dǎo)電層交替疊加而成的橡膠產(chǎn)品，四面均可形成特殊的導(dǎo)電特性，可以滿足PCB 與LCD 之間的四個(gè)方向連接要求。因?yàn)殡姌O間距可以做得很小，所以適合驅(qū)動(dòng)路數(shù)多的產(chǎn)品，可幫助減低成本；且膠條柔軟及富彈性、對位方便容易，主要用于LCD 與PCB 板之間信號連接，具有良好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。其經(jīng)裁切處理后，得到的尺寸為長4～6 cm，寬0.8 ～ 1.2 cm，高0.2 ～ 0.5 cm 這樣細(xì)長的條狀物，本身體積小質(zhì)量輕、摩擦力大、粘結(jié)力強(qiáng)、數(shù)量多，若使用常規(guī)、通用的包裝機(jī)進(jìn)行整理包裝，會(huì)出現(xiàn)膠條堆疊、下料難、“卡口”等現(xiàn)象，不僅不能完成包裝功能，甚至?xí)绊憴C(jī)器的正常運(yùn)作，以至于損壞膠條，降低生產(chǎn)效率。因此，需要設(shè)計(jì)一種針對膠條自身特性的自動(dòng)分料包裝裝置。

2 裝置整體三維設(shè)計(jì)

自動(dòng)分料包裝裝置，包括承載平臺、分料裝置、運(yùn)輸裝置、送料組件、檢測裝置、上料機(jī)械手[3]、上料區(qū)、第一放置區(qū)、下料機(jī)械手[3]、第二放置區(qū)、固定支架等部分，如圖1 所示。該裝置的整體工作原理為：散亂的導(dǎo)電膠條經(jīng)過分料裝置中的振動(dòng)盤進(jìn)行調(diào)整姿態(tài)分流后，通過第一傳輸通道進(jìn)入包裝盒，然后由運(yùn)輸裝置接駁到下一個(gè)封蓋裝置，并把蓋體封蓋于包裝盒上，最后下卸裝置中的機(jī)械手將成品下線；運(yùn)輸裝置將繼續(xù)通過上料機(jī)器手上料，重復(fù)進(jìn)行以上動(dòng)作，循環(huán)往復(fù)完成自動(dòng)化分料包裝；其中分料裝置具有兩條第一傳輸通道，能夠同時(shí)輸送與第一傳輸通道數(shù)量相同的導(dǎo)電膠條，一次可完成6 條膠條的運(yùn)輸，搭配氣孔上外接的氣閥，可實(shí)現(xiàn)1 s 噴氣兩次，每分鐘可完成膠條包裝720 條次，即每分鐘可包裝膠條20 盒，相比于人工，極大地提高了膠條分料包裝效率。

圖1 自動(dòng)分料包裝裝置三維視圖

3 裝置主要組成部分

3.1 分料裝置

分料裝置由振盤組件、輸送通道及導(dǎo)料器組成[4]，如圖2 所示。分料裝置設(shè)置于承載平臺上，振盤組件包括兩個(gè)振盤，散亂無章的導(dǎo)電膠條被放置在振盤，通過振盤震動(dòng)，將膠條有序地上料并排列在各個(gè)通道中，通過輸送通道運(yùn)輸?shù)綄?dǎo)料器里，期間會(huì)有整料欄控制膠條數(shù)量和輸送速度，一旦達(dá)到數(shù)量，則輸料口關(guān)閉，確保膠條到達(dá)導(dǎo)料器時(shí)姿態(tài)和數(shù)量達(dá)到要求；導(dǎo)料器的出料口呈角度45°，斜上方設(shè)計(jì)有氣孔外接氣閥，當(dāng)有膠條落料時(shí)，氣流撥動(dòng)組件噴出氣體以驅(qū)動(dòng)通道內(nèi)的導(dǎo)電膠條快速落料至下方的盒子，防止膠條卡口和不下料；導(dǎo)料器出料口面設(shè)有攝像頭對準(zhǔn)發(fā)射器，便于對準(zhǔn)輸送裝置，確保膠條精準(zhǔn)落料至盒子中。

圖2 分料裝置結(jié)構(gòu)圖

3.2 輸送裝置

輸送裝置由安裝座、導(dǎo)軌、滑塊、放置部件及盒子卡座組成，如圖3 所示。安裝座的造型呈三角形，可以在工作臺上滑動(dòng)；放置部件與安裝座之間通過滑軌和滑塊滑動(dòng)連接，放置組件具有用于承載盒子卡座，用于固定盒子，獨(dú)特設(shè)計(jì)為三面圍卡，留出上方空間便于裝卸盒子，并與承載平臺呈預(yù)設(shè)角度45°設(shè)置，以使包裝盒的開口與導(dǎo)料器通道口對接；放置部件設(shè)有對準(zhǔn)接收器，便于接受對準(zhǔn)信號，以確保導(dǎo)電膠條能夠順利從第一傳輸通道進(jìn)入盒子格子內(nèi)。該自動(dòng)分料包裝設(shè)備能夠一次性輸送六條導(dǎo)電膠條，多個(gè)格子容置腔呈六行六列分布于包裝盒子上，一個(gè)腔用于放置一個(gè)導(dǎo)電膠條。其原因有以下三點(diǎn)：一是是獨(dú)立包裝，干凈，沒有灰塵；第二是方便一次取一根安裝；第三是本申請的導(dǎo)電膠條應(yīng)用場合較為高級，故此需包裝精美并獨(dú)立包裝。

圖3 輸送裝置結(jié)構(gòu)圖

3.3 封蓋裝置

封蓋裝置由封裝頭、放置腔、對準(zhǔn)發(fā)射器、裝置支架等部分組成，封蓋裝置蓋體安裝于放置腔內(nèi)，動(dòng)力組件用于將蓋體通過第二傳輸通道的封裝頭伸出以封蓋包裝盒，如圖4 所示；第二傳輸通道與承載平臺呈預(yù)設(shè)角度45°設(shè)置，蓋子出料口也設(shè)有攝像頭對準(zhǔn)發(fā)射器。第二傳輸通道上下呈45°移動(dòng)，直至攝像頭對準(zhǔn)信號傳到輸送裝置上的接收器上，以便完成對準(zhǔn)動(dòng)作，確保盒子精準(zhǔn)裝配至盒子中，放置腔用于放置封蓋，起到給裝有膠條的盒子上封蓋子的作用。以上對于膠條自動(dòng)分料包裝機(jī)構(gòu)主要組成部分：分料裝置、輸送裝置、檢測裝置、封蓋裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與原理闡述，基本可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電膠條的自動(dòng)包裝。

圖4 封蓋裝置構(gòu)結(jié)圖

4 裝置運(yùn)動(dòng)仿真及干涉檢查

4.1 裝置運(yùn)動(dòng)仿真

針對本裝置是由多個(gè)模塊組合運(yùn)作的特點(diǎn)，采用SolidWorks 中的Motion 仿真分析模塊，模擬裝置運(yùn)動(dòng)情況。自動(dòng)包裝膠條主要有五個(gè)流程：上料、輸送、調(diào)整姿態(tài)、落料、成品下料。其中膠條的輸送和落料是裝置自動(dòng)包裝的重要階段。下面通過仿真分析這兩個(gè)膠條重要的運(yùn)動(dòng)階段，驗(yàn)證裝置是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)想的功能。

在分料裝置上，賦予振盤以持續(xù)的馬達(dá)力和整料欄重力等參數(shù)，裝配好輸送通道上各個(gè)零件的配合關(guān)系，如圖5 中（a）和（b）所示，觀察膠條運(yùn)動(dòng)，可發(fā)現(xiàn)膠條勻速向前運(yùn)動(dòng)直至達(dá)到導(dǎo)料器出料口處，證明分料裝置可完成預(yù)想的上料和調(diào)整膠條姿態(tài)功能。在導(dǎo)料器上，賦予膠條自身重力和氣孔噴出氣體時(shí)的反作用力等參數(shù)，設(shè)置其與輸送裝置相配合，調(diào)整相關(guān)參數(shù)，如圖5（c）和（d）所示（其中導(dǎo)料器模型已做透視處理），觀察到膠條可順利下落至盒子，證明導(dǎo)料器可完成預(yù)想的輸送和下料功能。

圖5 裝置關(guān)鍵階段仿真示意圖

4.2 裝置干涉檢查

裝置在運(yùn)動(dòng)中如果受到干涉，通常代表著碰撞和磨損。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，盡量去避免的，因此進(jìn)行干涉檢查是必要的。通過SolidWorks 進(jìn)行仿真干涉檢查，裝置各部分零件設(shè)計(jì)合理，零件之間的裝配符合實(shí)際情況，包裝仿真過程中膠條銜接順暢，都未發(fā)生干涉問題。

5 結(jié)語

基于人工包裝動(dòng)作和現(xiàn)有通用包裝設(shè)備原理，結(jié)合目前膠條整理包裝存在問題，本文設(shè)計(jì)了一種膠條自動(dòng)分料包裝裝置，該設(shè)計(jì)可用于市面上絕大部分條形膠條的自動(dòng)包裝，不僅極大地降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且有利于提高分料包裝的效率、節(jié)約生產(chǎn)成本，填補(bǔ)了導(dǎo)電膠條自動(dòng)包裝技術(shù)的空缺，該裝置的設(shè)計(jì)思路還可運(yùn)用于如汽車發(fā)動(dòng)起關(guān)鍵零配件的生產(chǎn)與裝配，對自動(dòng)包裝產(chǎn)品的開發(fā)具有一定的指導(dǎo)與參考價(jià)值。