一端有孔圓柱工件的定向機構分析

崔建凱 程林志 萬國強

[摘要]：隨著制造業的高速發展，依托電子行業展開的非標工業自動化設備在應用中越來越重要，而設備中的簡單實用的定向擒縱機構在實際應用中顯得尤為關鍵。本文主要介紹的就是一款特定工件的定向機構。

[關鍵詞]：非標工業自動化 定向機構 工藝分析

1、前言

隨著機械制造行業和電子工業的不斷發展，自動化機構替代人工操作已經成為一種趨勢，用工荒的出現為電子行業中非標專業設備的發展提供了廣闊的空間。

很多單一性重復的工作由人工變成了專門替代的設備。在專門的電子行業中非標設備以其高效率，低故障，長時間穩定性的工作狀態得到了電子行業的廣泛認可。本文將以一種一端有孔的圓柱形工件的定向機構作為模板做一下分析。

2、定向機構的概念和分類

定向機構是一種將雜亂無序的具有某些獨立特點的單一工件按照一定的要求和動作順序擺放整齊并傳送到下一步加工工序的機構。利用剔除原則保證工件定向的裝置稱為消極裝置，反之不進行剔除而能正確定位的裝置稱為積極裝置。采用消極裝置的效率低下而相比之下積極裝置則不會有明顯的減慢工件的正確供給率。

3、一端有孔型圓柱工件的定向裝置工藝分析

3.1工件參數設定及工件定向要求

我們先假設這種典型工件的尺寸為：外徑D=16mm 長度L=40mm，一端有孔，孔的直徑d=9mm 孔深度h=28mm

我們要求這種工件統一的定向，使開口端在前導位置。

3.2定向機構分析

工件在一個矩形剖面的立式進給滑槽軌道中連續向下供料，而在滑槽軌道的底部由一個往復氣缸帶動的推桿每次推出一個工件。推桿的直徑和安裝的高度做成可以使推桿能夠自由準確地進入到最底層工件的孔中。并能夠沿著工件的軸線方向把工件推入給落料的滑槽中。

如果工件的封閉端面向推桿，則當推桿往復動作時，把工件推向前，使其越過漏斗形滑槽的邊緣而自然下落，此時開口端在前面。

在進給滑槽的另一面安裝著一個裝在彈簧片上是掣爪，掣爪為楔形結構，其楔形的表面接觸工件，可以引導工件按照規定所需的方位落下。

但是掣爪的作用不止是對工件的順向引導，其主要作用是用做脫卸器。當工件的開口端面向推桿，則當推桿做往復動作時，將進入工件的孔中，并帶著工件向前移，越過滑槽的進口處，直至工件的另一端停靠在漏斗形滑槽的另一側的凸臺上。

當工件與推桿一起向前運動時，工件與掣爪楔形面接觸，推開彈性的楔形掣爪，工件移動過后，彈性的掣爪又恢復原位。當推桿退回時，掣爪就能擋住工件，使它脫離推桿。漏斗形滑槽的凸臺支托住工件的封閉端，這樣能保證工件下落時開口端在前導位置。

3.3定向機構尺寸配合分析

在實際的定向機構設計中需要注意各部分尺寸的約束與配合，比如：

1、 立式進給槽的出料口開口高度H出料的尺寸要求為（產品直徑D

2、推桿的行程選擇，推桿為定位裝置的主要運動部件，其行程的選擇尤為重要，從圖中看當正向推出時，推桿的最大長度L推桿max1不超過漏斗另一側的凸臺位置，當工件反向推出時，推桿的最大長度L推桿max2距離漏斗另一側凸臺10-12mm為佳。這個長度剛好能把工件送入漏斗壁另一側的凸臺上。推桿的速度通過氣缸的節流閥調節，在保證產能的前提下盡量放慢速度，以防止推桿將工件快速推出，隨著慣性工件沖入漏斗另一側凸臺壁，出現工件卡殼或掉落方向不良的現場產生。

3、漏斗的開口寬度以1.5倍的工件長度為宜，所有工件都能按照要求落入漏斗中，而不會出現工件卡頓現象。漏斗的傾斜角度不宜過大，以60度左右為參考較為好一些。傾斜的角度過大則工件在降落過程中容易出現工位變換的現象。而傾斜的角度過小則容易出現落料速度變慢，整體效率將會降低。

4、掣爪的位置尺寸，掣爪是此定位結構中的核心部分。定位的精度也特別重要，我們一般要求掣爪的楔形部分在彈簧片張力釋放狀態時，楔形的底部尖端低于推出圓柱工件的上表面，使其當工件推過時剛好能受力彈起卡住工件起到止回脫料作用，而掣爪的前后距離則以漏斗對面凸臺壁為基準距離1.1～1.2倍的工件長度L即可。間隙太小容易把工件卡住出現掉落不良現象，間隙太大則當工件脫離漏斗壁凸臺時，才剛剛碰觸到楔形塊，漏斗壁凸臺就失去了支撐點的作用，無法保證工件能按照規定的方向掉落。

5、漏斗凸臺的高度，取決于掣爪的位置距離和產品本身的長度，長度盡量的縮短，0.2倍的L即可，盡量加長工件墜落時的回轉力臂的長度，使其在按照規定的方向降落時，盡可能的接近自由落體的速度。

4、機構適用范圍和效率

本機構適用于一端有孔的圓柱形的工件，材質可以為硬質模壓塑料，也可以是銅制或者鐵質金屬工件。工件的定向效率取決于產品本身的材質，重量及推桿的往復速率。如果是銅制或者鐵質金屬工件可達到60件/分鐘。

5、結論

本文中所分析的這種定向機構是一種目前在生產中被普遍采用且由實踐證明有效的機構，這種機構結構簡單，但是很巧妙。因為簡單而有效的方法比需要裝置復雜設施的方法不管是從生產成本和使用維護上更為人們所喜愛。希望此類簡單而實用的定向機構能夠在生產中得到認可和廣泛的推廣應用。

參考文獻：

1、 機械設計實用機構與裝置圖冊 原書第5版 ?（美）Neil Sclater 編 ?鄒平 譯 ?機械工業出版社 2014.10 ?ISBN 978-7-111-48083-9

2、 機械設計基礎 ? ? ?楊可楨 程光蘊 李仲生主編 ? ? 高等教育出版社 2006.5 ?ISBN 978-7-04-019209-4

作者簡介：

1、崔建凱：1985年 ，男，漢，山東青島人，畢業于哈爾濱工業大學，工程師，主要研究方向：工業自動化設備，工業機器人應用。青島勞士威爾工貿有限公司