機械字碼打印底座結構優化設計及應用

陳沖鋒，潘 露

（1.蕪湖機械工程學校，安徽 蕪湖241200；2.安徽機電職業技術學院，安徽 蕪湖241000）

0 引言

現代企業對自動化的需求越來越高，小型批量制作的自動化設備越來越多。本課題來源于一家規模制藥企業購買的一批包裝袋打印專用設備，由于技術不成熟，打印底座極易磨損，給企業帶來了不必要的損失。在實際使用過程中，安裝打印字碼的底座由于上下底座采用V型槽配合夾緊，打印作業中V型壓板與V型槽長時間配合，使兩者間的配合松動致使打印底座3~5個月就會損壞使V型槽變形導致底座損壞現象。由于小型設備市場小，技術不成熟，生產廠家維修跟不上，制藥廠家機械方面專業人才有限，對設備的改造有心無力，給企業生產帶來了很大的不便[1]。

1 打印底座問題分析

打印底座的三維結構圖如圖1（a）所示，實物圖如圖1（b）所示，打印底座與氣缸連接安裝必須先將上下底座拆開，使用螺釘連接，上下底座連接使用凸V型壓板、凹V型槽配合，四個螺釘壓緊。因打印底座使用頻繁，在使用過程中螺釘容易松動，致使凸V型壓板、凹V型槽磨損加劇，間隙增大導致損壞[2-3]。打印底座的上底座僅僅設計了一面能夠安裝打印字碼，一旦松動損壞必須更換，而該打印底座材料為黃銅，更換價格較高，且更換麻煩，給企業帶來了很大的經濟損失。

圖1 打印底座結構圖

2 打印底座優化

為了解決企業打印底座的結構復雜、拆卸麻煩、使用壽命短等問題，分別從優化底座結構設計、簡化氣缸安裝與上底座固定方式和優化上下底座的配合安裝三方面對其進行改進。

2.1 打印底座的結構優化設計

原有底座采用凸V型壓板、凹V型槽配合，螺釘壓緊，長時間使用和拆卸導致螺紋松動，從而導致配合間隙增大損壞，磨損嚴重并影響打印底座使用壽命短，因此底座結構設計上存在問題，本文針對上下底座的配合對其進行優化。通過改進上下底座的配合方式，將原本凸V型壓板、凹V型槽配合改成上下T形槽配合，上下T型槽配合使上下底座面與面接觸，形成一個整體，解決了底座長期使用上下底座的松動的問題，提高了打印底座的使用壽命，如圖2（a）所示為優化后的打印底座零件圖，圖2（b）所示為打印底座裝配圖。

圖2 優化后的打印底座結構和裝配圖

2.2 簡化氣缸安裝與上底座固定

考慮到打印底座氣缸安裝復雜，且上下底座竄動嚴重，將原本下底座與氣缸連接的四個螺絲孔改成下底座上的兩個對角通沉頭螺絲孔，避免與氣缸連接時拆卸氣缸，僅需直接將下底座放在氣缸上，使用螺釘連接即可，簡單方便。同時為了更好的提高上底座的使用率，將上底座上下兩面均改成了T形槽，在提高上下底座的連接強度的同時，也提高了上底座的使用次數，大大提高了利用率。在下底座上加一個擋塊，控制了上底座的竄動，減少了T型槽的竄動磨損，提高了底座的使用壽命[4]，如圖3（a）所示為在圖2的基礎上優化后的打印底座零件圖，圖3（b）所示為優化后的打印底座裝配圖。

圖3 第二次優化后的打印底座結構和裝配圖

2.3 優化上下底座的配合安裝

經過兩次改進的打印底座為企業大大降低了成本，創造了更大的價值，但是在實際應用的過程中仍然存在上底座反方向竄動，下底座的擋塊加工安裝不便的問題。針對以上問題，將下底座的寬厚的擋塊換成了薄的擋板，并在上底座上加入了鎖緊手柄，手柄與鎖緊桿加上彈簧與上底座配合，鎖緊桿前端彎曲，通過外界施壓帶動彈簧的伸縮完成鎖緊桿的伸縮，完成上下底座的配合鎖緊，第三次優化后的底座如圖4所示。當上下底座配合到位時，只需轉動手柄將上下底座連接成一個整體，通過這種設計完全解決了上下底座的竄動問題，優化了結構，方便了安裝，實現了上下底座的完美結合。

圖4 第三次優化后的打印底座裝配圖和實物圖

3 產品改進前后使用壽命、維修時間和生產成本對比

改進后的打印底座如圖4所示，在企業投入使用后有效解決了目前底座存在的問題及使用缺陷，其整體使用效果如圖5所示。

圖5 打印底座安裝后的包裝袋打印專用設備

改進后的打印底座在實際生產應用已成功運行了三年。現就原始底座和改進后的底座使用壽命、維修時間及制作成本進行對比。

表1所示為改進后的底座與原有底座的使用壽命對比，其使用壽命由原有的3~6個月提高到12~24個月，使用壽命提高了300%.

表1 使用壽命對比

表2所示為改進后的底座與原有底座的維修時間對比，維修時間由原有的1 h減少到0.2 h，工作效率提高了80%.

表2 維修時間對比

表3所示為改進后的底座與原有底座的制作成本對比，成本由原有的一個1350元減少到一個850元，成本降低了40%.

表3 制作成本對比

4 結論

機械字碼打印底座通過優化底座結構設計、簡化氣缸安裝與上底座固定方式和優化上下底座的配合安裝三方面的改進，降低成本約40%，提高底座的安裝效率80%、提高使用壽命300%，大大提高了使用壽命及穩定性，簡化了底座的加工步驟，為企業節約了成本，提高了加工效率，創造了更高的價值。

目前該研究成果已經申請專利，并已經授權，專利號：ZL201520257587.4.