基于微小產(chǎn)品“風(fēng)火輪”的自動控制夾具系統(tǒng)設(shè)計

陶麗芝 孫文濤 潘瑩

摘 要：文章介紹了一種基于微小產(chǎn)品“風(fēng)火輪”熔膠焊接時的夾具裝置及自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含精密加工夾具本體、自動控制系統(tǒng)、氣動回路等。本夾具系統(tǒng)裝夾微小產(chǎn)品快速、穩(wěn)定，產(chǎn)品不易變形，能避免通用裝夾方式夾裝不穩(wěn)定，裝夾效率低的問題。另外本夾具系統(tǒng)通用性強，適用于同類型薄壁、微小產(chǎn)品其他工藝加工場合。

關(guān)鍵詞：自動控制；夾具系統(tǒng)；真空發(fā)生器；微小產(chǎn)品；光纖傳感器

中圖分類號：TG75 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）28-0092-03

Abstract： This paper introduces a kind of jig device and automatic control system based on micro product "wind fire wheel". The system includes precision machining fixture body， automatic control system， pneumatic circuit and so on. The clamping fixture system clamps small products quickly and stably， and the products are not easily deformed， which can avoid the problems of unstable clamping and low clamping efficiency in general clamping mode. In addition， the fixture system is universal， suitable for other processing occasions of the same type of thin-walled micro-products.

Keywords： automatic control； fixture system； vacuum generator； micro product； optical fiber sensor

某機加公司接到一大批量訂單，其中要求對一核心薄壁零件“風(fēng)火輪”上7個柱面與另一零件進行固定溶膠焊接，要求7個溶膠點位置精度高，熔接完成后工作面平行度達到0.10mm，基于對該公司生產(chǎn)部門生產(chǎn)能力核算，要順利完成此訂單需每分鐘溶膠8個以上產(chǎn)品。為了保證7個熔點焊接精度的一致性及熔接效率，開發(fā)本系統(tǒng)。

1 產(chǎn)品特點及工裝要求

產(chǎn)品名稱“風(fēng)火輪”，材料：透明PC，邊緣板厚1.5mm，外徑45mm，總高10mm，如圖1所示。

工藝要求：該產(chǎn)品為某成品的一零部件，要求對該零件上7個圓柱面與另外一個產(chǎn)品進行熔膠焊接，熔接后熔點高度滿足0.34～0.89mm，熔點直徑滿足2.09～2.6mm，熔接后整體平行度小于0.1mm，如圖2所示。另外要求大批量生產(chǎn)，效率滿足每分鐘8pcs以上。

由零件圖1 可知，該零件底部為平面，板邊緣厚1.5mm，材料薄而脆，傳統(tǒng)溶膠機難于固定，溶膠精度及穩(wěn)定性差，溶膠效率低，達不到產(chǎn)品技術(shù)要求。

2 夾具的系統(tǒng)設(shè)計

為滿足產(chǎn)品加工精度及效率需求，設(shè)計一款專用真空夾具裝置及自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用專用真空吸附原理，通過壓力計算及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸建立夾具本體模型；利用光纖傳感器檢測夾具上有無產(chǎn)品，發(fā)送信號給電磁閥，以啟停真空產(chǎn)生器；再通過壓力傳感器檢測裝夾效果，當(dāng)產(chǎn)品放平裝夾良好，控制回路接收信號，溶膠回路通電，溶膠頭工作；當(dāng)裝夾錯位或產(chǎn)品出現(xiàn)瑕疵，則吸真空出錯，壓力達不到設(shè)定值，控制回路無壓力傳感器信號，溶膠回路不通，給出報警信號。

2.1 夾具系統(tǒng)構(gòu)成

本夾具系統(tǒng)主要由夾具本體、控制盒、氣源、真空發(fā)生器、電磁閥、光電傳感器等組成。如圖3所示。

本系統(tǒng)主要功能是通過控制系統(tǒng)控制真空發(fā)生器的工作狀態(tài)，為夾具本體提供系統(tǒng)所需要的真空度，達到固定微小零件的目的。其中壓力傳感器檢測系統(tǒng)壓力，達到設(shè)定值啟動控制回路，帶動真空發(fā)生器工作；真空發(fā)生器自帶消聲器，降低噪音；綠色指示燈亮表示系統(tǒng)正常，紅色聲光報警器包含紅色指示燈盒蜂鳴器，零件放置不正確時，紅色指示燈亮并報警；減壓閥控制氣源穩(wěn)定性；開關(guān)電源為系統(tǒng)提供24V電源；時間繼電器過濾信號干擾；夾具本體需精密加工，提供零件裝夾載體，保證零件裝夾精度和強度。

2.2 自動控制設(shè)計

系統(tǒng)控制方式分手動和自動兩種，本系統(tǒng)采用自動控制方式，即利用光電傳感器檢測夾具本體上有無產(chǎn)品，產(chǎn)品放好即控制回路通電；同時壓力傳感器監(jiān)測氣路壓力控制真空發(fā)生器的運行，系統(tǒng)真空度在設(shè)定值之下時，真空發(fā)生器開始工作，真空度達到設(shè)定值時，真空發(fā)生器停止運行。電氣原理如圖4，氣路原理如圖5所示。

2.3 夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計

為保有一定的安全余量，預(yù)設(shè)負壓表為-78kPa壓力值。為保證抽真空效率及保護產(chǎn)品不變形損傷，設(shè)計夾具零件座上圓周分布的6個小孔D3，并設(shè)置回路密封圈，具體結(jié)構(gòu)如圖7所示。底座可將夾具任意固定在某一工作平面，防止真空腔產(chǎn)生與關(guān)閉時夾具本體的顫抖與移位；因產(chǎn)品為透明PC，光電傳感器檢測不到，于是選用光纖傳感器檢測夾具體有無產(chǎn)品；壓塊及O型圈提供系統(tǒng)密封真空腔；仿形加工治具采用鋁合金精密加工，精準(zhǔn)放置零件；真空氣管接口用軟管接至氣源處，形成氣路。

3 熱熔機熔接步驟

（1）操作員將產(chǎn)品擺放于夾具上。

（2）光纖傳感器檢測到夾具上有產(chǎn)品之后，發(fā)送信號給電磁閥，啟動真空發(fā)生器。

（3）電磁閥啟動后，壓力傳感器（負壓表）通電，檢測回路的氣壓。

（4）若產(chǎn)品未放平，則治具與產(chǎn)品的結(jié)合面漏氣（6個小孔面），回路的負壓達不到設(shè)定值（-78kPa），負壓表給出信號，紅色信號燈亮，蜂鳴器發(fā)聲。操作員介入，將產(chǎn)品重新擺放平。

（5）若產(chǎn)品放平，則治具與產(chǎn)品的結(jié)合面緊貼，回路的負壓達到設(shè)定值，系統(tǒng)綠燈亮，蜂鳴器不工作。

（6）系統(tǒng)綠燈亮，也沒有聽到蜂鳴器報警聲時，操作員正常啟動熱熔機。整個夾具系統(tǒng)自動完成產(chǎn)品位置檢查及裝夾，熔膠機自動完成溶膠焊接。

4 結(jié)束語

該自動控制夾具系統(tǒng)裝夾微小產(chǎn)品快速、穩(wěn)定，產(chǎn)品不易變形，能避免通用裝夾方式裝夾不穩(wěn)定，裝夾效率低的問題，熱熔焊接精度一致性好。另外本夾具系統(tǒng)通用性強，適用于同類型薄壁、微小產(chǎn)品其他工藝加工場合。

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