圓柱形加工件分離取用裝置研究

戴雄偉

（常州紡織服裝職業技術學院，江蘇常州 213164）

0 引言

目前的金工生產中會涉及到大量圓柱形零件的分類，包裝、運輸等流程，而傳統的對這些零件分類的方式是人工進行分揀。這種分揀方式不但費時費力，而且很容易出現錯誤，不利于對零件的高效率分揀。對于圓柱形零件的機械化分離，解決思路主要是：通過利用重力作用，將不同規格的圓柱形零件滾落，再通過底端的開口對不同規格的圓柱形零件進行分離，從而避免零件的雜亂擺放，提升生產的效率。

1 裝置優點

設計一種對圓柱形加工件進行分離和取用的裝置，目的是解決金工生產中對于圓柱形零件的加工以及分揀問題，避免傳統的加工與分揀的流程導致不同規格的圓柱形零件的混亂擺放，通過機械分類的方式提升對金工生產中圓柱形零件的分揀效率，保證金工生產的順利進行。其優點如下：

（1）規范生產流程。裝置的斜導槽上部有較大的空間，可以實現大量圓柱形零件的放置，使工作速度不同的零件加工以及分揀操作可以協同進行，生產流程更加規范化，出錯概率更低，生產效率更高。

（2）產品分離。傳統的手工分揀圓柱形零件的工作流程不但效率低，而且不利于對合格品與不合格品的分類，給不合格品的返修工作帶來了困難。而該裝置的斜導槽不但可以實現對圓柱形加工和檢驗工序的分離，當檢驗環節中發現不合格品時也可以通過取用裝置將其直接送回加工處進行返修，避免了傳統流程中合格品與不合格品混合放置對返修工作的影響，使得產品的加工與返修工作更加高效化，降低零件返修對生產效率的影響。

（3）省時省力。傳統的圓柱形零件的加工與檢驗過程中，加工與檢驗人員不但要負責對零件的加工與檢驗，還需要負責對數量眾多的零件進行搬運與分類，大大增加了工作人員的勞動強度，不利于其生產效率的提升。而該裝置斜導槽上端連接圓柱形零件的生產處，下端連接檢驗處，在這兩個工作環節之間起橋梁的作用。零件的分類與搬運工作全部由機械完成，有助于提升工作效率、降低人力成本。

（4）安全生產。裝置的斜導槽上端由擋板覆蓋，并且在擋塊處有突出板，這使得圓柱形零件的搬運與分類工作可以全程在遮罩下進行，避免了零件飛出斜導槽外造成人身事故，保障了生產流程的安全進行。

（5）人性化生產。傳統的機械化生產中都是人配合機械的工作，而人的效率和速度會隨著工作時間的延長而下降，但機械不會，因此配合機械工作會在無形之中使工作人員變得更容易勞累，是一種非常不人性化的操作。而所設計的裝置借由電阻應變片和信號控制器可以實現裝置的工作流程由檢測人員的動作控制，如果檢測人員不工作，則裝置也不會工作。這樣檢測人員在工作之余可以得到休息，體現了該裝置具有人性化的優點。

（6）性價比高。裝置由非常簡單的材料組成，如斜導槽、扇形模塊、彎曲臂等元件，完全可以由金工生產加工中心自行生產，而電子元件如電機、電阻應變片、氣缸、控制器等，在市面上很容易購得。因此該裝置生產成本非常低，同時還具備較高的自動化水平，屬于性價比很高的圓柱形零件分揀裝置。

2 裝置工作方式

所設計的裝置如圖1～圖3 所示。

圖1 裝置平面結構

其中，平臺支撐整個裝置；斜導槽可供圓柱形零件滾動；阻擋裝置可以控制圓柱形零件在斜導槽中滾動；突出板供元件活動；扇形模塊可以轉動，與斜導槽斜率的驅動裝置連接。

首先，裝置的斜導槽的最上端與加工圓柱形零件的工作臺相連，當待加工的圓柱形零件加工完畢后，加工人員會將其放置在斜導槽的上端開口處，這時零件便會在重力的作用下向下滾落，當滾動到阻擋裝置的擋板處時被阻擋。

圖2 分揀操作狀態平面示意

圖3 立體剖面示意

重復此過程完成若干個圓柱形零件的放置后，氣缸與傳動裝置的連接處位于傳動部件的下方，氣缸收縮，使彎曲臂做逆時針運動，彎曲臂的最上端就會將于擋塊接近的圓柱形零件頂起。

被頂起的圓柱形零件跳過擋板，滾動到斜導槽的底端，氣缸伸長，彎曲臂歸位，繼續進行下一個零件的操作。這時扇形模塊在驅動裝置的作用下沿順時針方向旋轉，使開口槽與斜導槽的出口對齊，圓柱形零件由斜導槽的開口處滾落到扇形模塊的開口槽處，之后扇形模塊在傳動裝置的作用下歸位，至此完成一個圓柱形零件的分揀工作，之后重復此循環即可實現通過此裝置對圓柱形零件的“加工—放置—分揀”操作。

由于圓柱形零件的加工與分揀速度不同，因此在裝置中設置了擋板，確保斜導槽上部擁有較大的圓柱形零件的放置空間，保證不同速度的圓柱形零件的加工與分揀工作都能正常進行。裝置中的擋板是圓柱形零件加工與分揀的分界處。

4 關鍵技術參數

4.1 斜導槽夾角

一般來說，裝置的支撐平臺與斜導槽的夾角控制在3°～6°為宜。這一夾角使得斜導槽幾乎與水平面平行，但可以使圓柱形零件的滾動速度減慢，有利于協調速度不同的零件加工與零件檢測工作的同時進行。此外，較慢的零件滾動速度可以使得零件在滾動到擋板底端時不會有較快的速度，避免零件沖擊、撞壞擋板，同時還可以減小裝置運行時零件滾動的噪聲。

斜導槽的夾角可以根據實際的生產流程進行相應的調整，使裝置能適應生產的過程。一般來說，如果零件的加工處與檢驗處相距越遠，則斜導槽的長度就越長，斜導槽越長與平面之間的夾角應越小，避免圓柱形零件長距離的滾動帶來較大的沖擊速度。

4.2 凸起擋板

在擋塊對應的上方有凸起的擋板，當圓柱形零件被擋塊彎曲臂頂起后，會在力的作用下向上移動，如果沒有擋板的遮罩，則零件可能會飛出裝置，不但會使生產過程中斷，還會可能造成人身事故。因此在擋塊上方設置的擋板，可以為零件的上移預留足夠的空間，同時避免零件飛出斜導槽，保證生產流程順利進行和生產工作的安全性。

4.3 楔形擋塊

擋塊呈楔形，面對零件加工端的部分呈直角型，可以阻擋零件，而另一端呈坡形，當零件被彎曲臂頂起后，可以沿著擋塊另一側的坡形順利的滾落。這種沿坡形滾落的方式不但可以提升圓柱形零件在被彎曲臂頂起后滾落的速度，同時沿坡形滾落相對于直接下落的方式，可以使零件不與斜導槽底端發生碰撞，避免斜導槽在零件的頻繁碰撞之下導致損壞，同時還可以降低因碰撞產生的噪聲。

4.4 伸縮氣缸

氣缸的主要作用是推動彎曲臂將圓柱形零件頂起，這一過程是借助彎曲臂將氣缸在水平方向上的力轉移為豎直方向上的力，從而實現將零件頂起。因此將氣缸伸縮方向設置為與斜導槽平行，可以借助直角形的彎曲臂實現對氣缸伸縮力的轉換，使氣缸的行程更短，同時這種平行放置的方式有助于節省裝置的體積、提升其美觀度。

4.5 扇形模塊及驅動裝置

扇形模塊的驅動裝置為電機，電機的成本較低，壽命較長，且通過控制電路可以實現電機在關鍵位置的啟停。電機的轉動軸心與扇形模塊的轉動軸心重合，可以使扇形模塊沿標準的圓周線轉動，而不至于發生偏轉影響裝置的工作。而扇形模塊默認的位置使得其開口方向向上，而扇形模塊上的開口槽的中軸線穿過其轉動軸心，檢測人員可以方便地從向上的開口處將圓柱形零件取出，方便零件的檢驗過程。

4.6 電阻應變片

裝置中的電阻應變片以及與之相連的控制電路，是實現裝置自動進行零件的分離與運輸的核心。電阻應變片在扇形模塊的開口槽的底部，作為控制器的信號輸入端；而氣缸驅動閥門與控制扇形模塊的電動機則作為控制器的輸出端。當圓柱形零件到達斜導槽的開口處并進入扇形模塊的開口槽時，便會對其底部的電阻應變片產生壓力，而電阻應變片在壓力的作用下電阻會發生變化，作為傳輸給控制器的信號。控制器在接受到電阻變化的信號后，便會驅動與扇形模塊相連的電動機逆時針旋轉，將扇形模塊歸位，這時檢測人員取走開口槽內的零件，電阻應變片在壓力消失后電阻會重新變化，此時控制器接受到信號后會向電動機發送順時針旋轉的命令，扇形模塊在電動機的驅動下重新將開口槽對準斜導槽的底端而這時氣缸也會受到控制器的命令，進行收縮操作，帶動彎曲臂將靠近擋板處的零件頂起，使之越過擋板向斜導槽下方滾動，氣缸在完成收縮操作后便會自動伸長，使彎曲臂歸位，準備下一個動作流程。

上文所述的這種循環動作，可以使裝置的工作流程配合檢測人員的行動，如果檢測人員不取走開口槽處的零件，控制器則不會收到電阻變化的信號，這時裝置便不會隨意動作。這種裝置適應人的操作，相較于傳統的機械化流程中人配合機械的工作，顯得更加人性化。在某種程度上，這也是本裝置的優點之一。

5 結論

為提升金工生產中圓柱形零件分揀的自動化，設計了一種可以自動分揀圓柱形零件的裝置。該裝置的優點在于可以規范生產，使生產過程更加省時省力，同時裝置制造的成本也很低廉。裝置的關鍵技術參數在于斜導槽夾角、凸起擋板、楔形擋塊、伸縮氣缸、扇形模塊及驅動裝置以及電阻應變片等控制電路，這也是裝置制造過程中需要重點注意的問題。