一種膠帶纏繞包邊機的設計

黎勉，莫抒志，胡列文，黃國爵

(廣東工業大學信息工程學院，廣東廣州510006)

在電子行業，某些場合，印刷電路板、玻璃板只需要單面腐蝕，為了提高效率，把兩塊印刷電路板不需腐蝕的一面合在一起，然后，用防水膠帶把4 條邊包起、密封，然后再送去腐蝕，這樣一方面保護了不需腐蝕的面，同時也提高了效率。目前，把兩塊板疊平對齊以及膠帶的纏繞都是采用手工操作，效率低，纏繞質量不好。為此，作者設計了一種可自動完成包邊動作的專用設備。

1 工作原理

該設計如圖1、圖2所示，手動把兩塊板12、13不需要腐蝕的面合在一起，放進由4 塊定位塊18 組成的具有自動對齊功能的定位裝置中，負壓吸盤組件14 把下板12 吸住，頂升氣缸15 把對齊的兩塊板12、13 頂起到膠帶纏繞位置Ⅱ，這時，把接到噴頭24 的負壓斷開，并接通壓縮空氣，使原先吸附在保持板25 上的膠帶端部吹到板12、13 的邊緣上，裝在托板6 上的滾輪16 在恒力彈簧3 的作用下，把膠帶壓緊在板12、13 的邊緣，然后電機22 帶動小齒輪21 轉動，并通過齒輪旋轉臂2 的齒輪減速后，使齒輪旋轉臂轉動，裝在滾珠導軌上的托板組件中的滾輪16 繞著板12、13 的邊緣滾動(對稱布置的兩臂上裝有滾珠導軌和托板組件)，轉過180°后，噴頭24 接通負壓發生器將膠帶吸住，熱切斷器26 把膠帶切斷，切斷后的膠帶端部被吸附在保持板25 上，然后，電機22 反轉，使齒輪旋轉臂2 回到起始位置，并通過月牙狀的限位塊4 與托板6 下的凸緣使托板6 上的滾輪16 與板12、13 脫離接觸，頂升氣缸15 把板12、13頂到包邊位置Ⅲ，裝在四邊上的壓緊氣缸10 把膠帶上下突出的部分壓向板12、13 上下兩面，使之密封，然后，氣缸10 內的彈簧使壓緊頭11 退回，斷開負壓吸盤組件14 的負壓，工人把包好邊的板12、13 取出，頂升氣缸15 下降到位置Ⅰ，整個工作循環結束。

圖1 膠帶纏繞包邊機工作原理示意圖(主視圖)

圖2 膠帶纏繞包邊機工作原理示意圖(俯視圖)

2 機械設計需要注意的問題

2.1 原點定位

為使裝工件時，滾輪不貼在工件上，在原點位置裝了月牙狀的楔塊4，扣住托板6 下的凸緣，為避免對邊的懸臂轉過180°時也被扣住，兩月牙狀的楔塊4和兩臂上托板6 下的凸緣在半徑方向上的位置是錯開的，只有回到原點位置才被扣住。月牙狀的楔塊4 和托板6 下的凸緣位置，可根據工件的尺寸進行調整。

2.2 膠帶壓緊方式與壓緊力的調整

由于工件為非圓形，在膠帶纏繞過程中，旋轉臂與工件接觸處相對旋轉中心的半徑是不斷變化的，但必須保持膠帶與工件邊緣接觸，因此，需要對膠帶施加一恒定的壓緊力。膠帶壓緊力可以采用多種方式實現:一種方式是采用氣缸，可以通過減壓閥控制氣缸壓力來實現壓緊力的調整，但要多用一些氣動元件，此外，氣管要跟隨旋轉臂2 轉動，處理起來比較麻煩;另一種方式是采用彈簧。根據胡克定律，一般的拉、壓彈簧其拉、壓力隨著彈簧變形量的增加而變大。該裝置的行程變化比較大，如果采用普通彈簧，壓力變化很大，彈簧壓縮量小時可能壓緊力不夠，若壓緊力過大又增加旋轉臂轉動的阻力，故采用普通彈簧不合適，因此，作者采用恒力彈簧。恒力彈簧采用不銹鋼或高碳鋼材料卷成一個圓筒形，結構如圖3所示。

圖3 恒力彈簧示意圖

恒力彈簧可按下面的公式進行設計:

式中:b 為彈簧片的寬度;t 為彈簧片的厚度;N 為圈數;D1為簧圈外徑;D2為圓筒直徑;Dn為起始彈簧圈的原有直徑;E 為彈性模量［1］。

由于采用對稱結構，作用在工件上的力相互平衡，不會使工件與頂升氣缸上的負壓吸盤組件產生錯動。

2.3 膠帶的切斷及膠帶頭端部的保持

當旋轉臂轉過180°時，使裝在熱切斷器后的小氣缸通氣，把熱切斷器26 前推，將膠帶切斷。為了防止膠帶切斷后膠帶端部在重力作用下下垂，在熱切斷器切斷膠帶前，噴頭24 接通負壓，把膠帶吸附于保持板25 上(保持板上開有若干小孔)。

2.4 膠帶的初始固定

當把工件放進定位位置對齊后，頂升氣缸15 將工件頂升到膠帶纏繞位置Ⅱ，先是噴頭24 接通壓縮空氣，把膠帶端部吹到工件邊緣，同時，旋轉臂轉動使托板6 上的凸緣脫離限位塊4 的限制，恒力彈簧推動滾輪16 把膠帶粘貼在工件的邊緣，雙輪結構增加了膠帶與工件邊緣的接觸長度，以確保膠帶的粘貼力大于膠帶的松卷力。另外，為了保持旋轉臂在轉動過程中，兩滾輪與工件邊緣接觸，托板6 要能夠在旋轉臂上擺動。

3 控制系統

膠帶包邊機原理雖然不復雜，但動作頗多，且有較嚴格的動作邏輯關系，故采用單片機或PLC 進行控制，其動作流程見圖4。值得注意的是，剛開始，由于膠帶與工件接觸的粘貼長度較短，旋轉臂初期不能轉動太快，否則將會出現膠帶與工件邊緣粘不緊的問題。

圖4 控制系統動作流程圖

4 驅動系統設計

由于該系統所需轉矩不大，且速度及控制精度要求不高，為了簡化控制，旋轉臂采用步進電機開環控制，僅需在起始位置安裝一個接近開關以消除累積誤差。其他采用氣動驅動，為防止氣缸轉動，所有氣缸均應采用帶導桿的氣缸。

該設計雖然是針對電子行業，也適合其他類似需要包邊的場合。

【1】希格利J E，米什克C R.機械設計通用手冊［M］.北京:機械工業出版社，1993.

【2】許福玲，陳曉明.液壓與氣壓傳動［M］.3 版.北京:機械工業出版社，2008.

【3】尚久浩.自動機械設計［M］.2 版.北京:中國輕工業出版社，2003.

【4】劉海濤，姜海林.一種新的加工橢圓曲線的方法［J］.機床與液壓，2010，38(14):15.

【5】南文虎，肖根先，王宏.一種自動定心夾具的設計［J］.機床與液壓，2011，39(18):32－33.