全自動雙液精密微量點膠裝置設計

摘 要：利用阿基米德原理（一個容器里面存滿液體，當有外部物體進入的時候，液體流出的體積等于外部物體進入的體積），設計一種獨特的出膠方案，由伺服控制各一根細長光桿，伸入存滿不同膠水的儲膠筒，將里面的膠水按照細長光桿伸入的體積1：1從出膠口擠壓出來，并充分混合，實現雙液精密微量點膠。

關鍵詞：阿基米德原理；雙液精密微量點膠；細長光桿；伺服控制；自動補膠

引言

雙液點膠[3]，俗稱AB點膠，通過兩個各自獨立又相互關聯的出膠裝置，對雙組份膠水進行自動化配比，經過某種方式攪拌混合，定量出膠，固化的一種操作。在電子通訊和汽車制造等行業里廣泛應用，但對點膠量精度和自動化程度有較高要求，其中喇叭行業中使用AB膠進行振膜與支架粘固，AB膠點膠量大約為80毫克，混合比例為1：1，在行業里稱為精密微量點膠。我們先來了解目前傳統或曾經使用過的幾類機械點膠裝置并對各機械點膠裝置進行相關的理論分析對比。

第一個為氣動模式：時間+壓力型點膠[1]，通過壓縮空氣將儲膠筒膠水壓出，調節出膠時間，來控制出膠流量，點膠精度較高。行業里面普遍使用兩個獨立的兩套點膠機來實現AB膠的各自的流量。在一般需要點膠的工位上，出膠流量較大的范圍里，使用非常普遍，其表現尚可。而在微量點膠時，缺點就暴露無遺，精度不足。影響點膠定量精度的因素很多，比如空氣本身的可壓縮性、儲膠筒內膠體容量、膠體粘度、膠體溫度等，當混合的過程中，混合管內的相對死角，殘留硬化膠水體積會不斷的變化，都會阻礙膠水的正常流通，惡性循環；

第二個是傳統機械的活塞注射方式：與針筒注射器原理一樣，使用螺桿（或壓縮空氣）推動活塞前進時，膠水從出膠口流出，由于活塞直徑大，只要活塞有細微的位移，則膠筒的容積變化大，無法滿足微量點膠工作狀態；

第三個齒輪泵：由一對嚙合齒輪、泵體、前后蓋組成封閉空間，當齒輪旋轉時，吸入腔空間由小變大，形成真空，將液體吸入，排出腔嚙合側的空間體積卻由大變小，將液體擠出，形成工作容積變化來輸送液體。雖然精度高，但零件都比較精密，在更換不同廠家的膠水或日常保養清潔時，非專業人士難于進行，同時，從其基本原理來看，實質是個間歇運動，排量以旋轉一圈為基數，在其一圈和旋轉過程，其出膠量是不斷變化的，對微量點膠在毫克范圍仍難于控制；

第四個是噴射閥：采用噴射點膠實現噴射的方法是快速的打開和關閉噴嘴[2]，這類噴射器其噴射頻率高，在閥桿與噴嘴貼合時，噴射閥處于關閉狀態，此時噴射閥中流體處于相對較大的壓力下，然后打開噴嘴，一束流體在壓力驅動下從噴嘴迅速流出，然后關閉噴嘴，快速的關閉將使流體切斷。但當碰到殘留硬化膠水阻塞時，氣壓無法自動調節，那出膠量也必受影響。

事實在生產中，以上幾類機械點膠裝置可以說不適合在AB膠精密微量點膠上使用，出現的問題主要集中有出膠量質量誤差，出膠時間無法與工藝時間同步，膠水比例不均勻，不固化，所以，為了實現上述目的設計了一款簡單有效的裝置，使裝置實際測試的最大出膠量誤差僅為±1mg。

1 結構

作者設計如圖1由機、電、氣、液一體組成的自動化裝置，以下簡稱為雙液精密微量點膠：

（1）自動補膠系統（由壓縮空氣驅動）有A膠B膠各1個儲膠筒16、單向閥4、連通氣管組成；

（2）擠膠機構有AB膠混合針頭1、出膠頭3、電磁閥2、膠筒7、 細長光桿13、浮動接頭14、滑塊15、滾珠絲桿模組9由壓板5固定在一個平臺8上；

（3）密封和清潔機構有活動螺母6，刮板式的圓環10，標準O形圈11，型腔12；

（4）驅動系統由伺服電機18及減速機17、人機界面數字控制系統等組成。

2 工作原理

由PLC與觸摸屏組成數字控制系統，發出脈沖指令，伺服電機18帶動減速機17旋轉動作，驅動滾珠絲桿模組9工作，固定在滾珠絲桿模組9上面的滑塊15，聯接浮動接頭14，帶動細長光桿13做直線移動，當膠筒7受到細長光桿13的擠壓時，單向閥4封閉，電磁閥2導通，膠水從出膠頭3流出，而膠水擠出容量，等于細長光桿13伸入膠筒7的體積，轉換后可知具體質量，即依據伺服電機旋轉的圈數，滾珠絲桿的導程，細長光桿的直徑大小和機構動作時間有關。為了連續動作，當細長光桿13退回去時，單向閥4導通，電磁閥2封閉，膠水因壓縮空氣作用，膠水從儲膠筒16流入膠筒7，而實現自動氣壓補充膠水。其中，A膠和B膠擠出，可用AB膠混合針頭1進行混合，為防止細長光桿一進一出產生漏液和方便清潔，設計了活動螺母6，刮板式的圓環10，標準O形圈11，一定體積的型腔12。

公式推導計算：M=ρ.v v=sl=πr2np

以上公式中；M為出膠的質量，ρ為膠水的密度，v體積，s為細桿截面積，l為細長桿的移動長度，n為絲桿轉動圈數，p為絲桿導程，r為細長光桿半徑。

出膠工藝：A膠B膠出膠量均為20mg/s，混合比例為1：1，連續點膠時間2秒，各自為40mg。現設定電機轉速為19.5r/s，采用減速比i為20：1的減速機，絲桿導程為6mm，細光桿直徑為2mm，膠水密度約為1.1mg/mm3，將各數值替入公式，即：重量M=ρ×π×r2×n×p=1.1×3.14×12×19.5÷20×2×6=40.4mg，此為理論計算值，稍有偏差，但用電子秤秤量進行實際比對，調整參數，引入補償即可。從計算可看出，在機械零件不變的情況下，只要通過控制系統改變電機的轉速、或出膠時間可調整出膠量。而此次設計，細長光桿的有效長度為100mm，最大一次出膠量在354mg左右，在出膠量滿足不了需求時，可再更換不同直徑的細長光桿，但隨著細長光桿直徑的變大，精度也隨著下降。整套機構的制作難點在于：第一，細長光桿的加工精度以及強度。本次設計采用標準件，材料選用為SKH51（高速鋼），硬度HRC58，直徑為2mm光桿（一種模具上常用的物料），耐磨、強度高，很好地解決了在擠膠的過程中產生彈性變形，造成細長光桿實際進入膠筒的偏差問題。第二，在于細長光桿在伸縮的時候，本身是與膠水接觸，本次設計采用刮板式的圓環10，使用多個串疊在一起，并增加標準O形圈11，同時留有一定體積的型腔12，不斷地通入膠水清潔劑，有效防止細長光桿長時間工作有膠水硬化而粘貼的現象，保證細長光桿表面的清潔度。

通過實際制造交付生產使用，對比以上所述幾種機械裝置，優勢明顯，完全解決微量點膠需求。

3 優點

出膠精度：經過實際設計制造，本機構精度誤差在1mg，完全滿足生產需求。

人機對話：操作簡單，數字化，可以方便、快捷的通過控制系統（比如觸摸屏等人機界面）直接輸入需要的點膠時間和點膠量，即可精確控制，遠離傳統點膠過程的開環控制，嚴重依賴操作人員的經驗并且可靠性不高，從此不再因人而異，浪費寶貴的時間，提高了工作效率，而且，控制系統可與整機共同使用，節約成本。

結構簡單：制造門坎低，零件的加工精度要求不高，細長光桿的直徑精度在0.02范圍內，表面拋光即可，而采用標準件，材料選用為SKH51（高速鋼），硬度HRC58，直徑為2mm光桿（一種模具上常用的物料），在制作上更是毫無難點。

模塊化設計：適當變更幾個零件，流量可成倍增減，精度仍然在可控范圍內。

保養：每次點膠生產完成后及時將混合針頭清洗干凈即可，在更換不同品牌型號膠水才需要將各部分拆卸。

減少浪費：一改需憑經驗調節出膠量，多次打膠，電子秤量的做法，減少浪費。

品質提高：因使用硬性擠壓，經常碰到的混合管內的相對死角，殘留硬化膠水堵塞的情況有良好的改善，也明顯地保證了A膠B膠的出膠比例，保證質量。

參考文獻

[1]張健，王紅美.時間-壓力型點膠的影響因素探討[J].科技創新與應用，2015，11：23-24.

[2]舒霞云，張鴻海，劉華勇，等.高黏度微量噴射系統的實驗研究[J]. 中國科學：技術科學，2010，02：171-176.

[3]陶曉杰.二液自動灌膠機[J].制造業自動化，2000，07：56-57.