方形水準泡自動裝配機構的設計

□ 儲博凱 □ 俞龍杰 □ 韋銘軒 □ 陳 龍 □ 江曉亮

衢州學院 機械工程學院 浙江衢州 324000

1 設計背景

水準泡作為一種測量儀器,被用于測量鉛垂或水平位置的精準度。水準泡包括普通式長水準泡、補償式長水準泡、電子水準泡、電子補償器、塑料水準泡等,共有三百余種,廣泛應用于小型儀器和大型機械設備等的調平。

水準泡對機械設備的制造及安裝有很大作用。沒有水準泡的輔助,機械設備的制造、安裝會有很多不便之處。因此,對水準泡的創新與研究還在不斷進行中。

水準泡的制作過程主要包括分選、注水、加蓋等。在水準泡制作時,大多水準泡生產廠家的制造工藝及自動化裝配技術水平較低,水準泡的分選主要依靠人工,分選速度慢,耗費人力物力,并且生產成本比較高,生產出的水準泡精度差。在市場對水準泡有較大需求的情況下,研制水準泡自動分選裝置十分有必要。水準泡自動分選裝置可以在很大程度上節約勞動力成本,進而降低廠家生產成本。

筆者以方形水準泡為研究對象,對方形水準泡自動裝配機構進行設計,實現方形水準泡的自動裝配,提高水準泡的分選效率,降低水準泡的生產成本,使廠家在市場中有更強的競爭力。

2 水準泡裝配現狀

方形水準泡裝配技術主要有人工裝配和自動裝配兩種方式。自動裝配可以降低裝配成本,改善工人勞動條件,提高產品的質量穩定性,并且提高裝配工作效率。

自動裝配又分為兩種,一種是半自動裝配,另一種是全自動裝配。半自動裝配的可靠性比全自動裝配要低一些,并且半自動裝配通過人工操作進行纏繞作業,工人的安全得不到保障。

3 方形水準泡自動裝配機構工作原理

通過對方形水準泡結構特點的分析,確定方形水準泡自動裝配機構的工作原理。通過分料機構對水準泡進行分料,使水準泡可以整齊地排列在規定的軌道中。在振動盤上的軌道上,設置一個帶有鉤子的調向機構,使水準泡可以按同一方向排列,等待注水機構注入液體。注入液體后,水準泡通過氣缸機構沿軌道傳送至指定位置,在氣缸的作用下,橡膠蓋壓入水準泡上方,之后在氣缸的推動下,水準泡掉入指定筐中。

橡膠蓋在振動盤中緩慢上升,上升過程中需經過篩選。橡膠蓋上升時,橡膠蓋的一端可以卡入振動盤頂部的凹槽,然后繼續向前傳送。若因為角度、方向的問題沒能卡入凹槽,則橡膠蓋會落入下方的裝料盤中,并重新向上傳送。

4 機構設計

4.1 加蓋機構

加蓋機構如圖1所示,主要由一個圓形推動氣缸和一個具有拾取功能的氣缸機構組成。水準泡傳送至指定位置時,加蓋機構將滑塊推動至振動盤上方,并拾取一個橡膠蓋。在推動氣缸的作用下,滑塊準確運動至指定位置,從而實現裝配的準確性。通過氣缸將橡膠蓋運送至指定水準泡上方,在氣缸的作用下將橡膠蓋壓入水準泡,完成裝配。拾取橡膠蓋時,為保證橡膠蓋能準確地傳送至水準泡上方,滑塊需要與水準泡保持相匹配的傳遞速度,保證在拾取和裝配橡膠蓋的過程中水準泡處于相對靜止狀態。

▲圖1 加蓋機構

4.2 注水機構

注水機構如圖2所示,主要由一個可以上下活動的托盤和一個用于注水的氣缸組成。當水準泡傳送至指定位置時,注水機構能夠準確地將液體注入水準泡。在注水過程中,水準泡需保持靜止狀態,保證注水過程的準確性。

▲圖2 注水機構

5 主要零部件參數

5.1 圓形推動氣缸

在加蓋機構中,用于推動滑塊的圓形推動氣缸的功能是推動拾取機構在固定滑軌上來回滑動。由于圓形推動氣缸裝配在比較狹窄的套環中,因此在選擇氣缸時,既要能夠克服滑塊與固定滑軌的摩擦力,又要保證氣缸在運動中不與其它機構發生碰撞,并且氣缸的安裝空間盡量小。

滑塊在往復運動的過程中受到的摩擦力Ff為:

Ff=μFn=4.8 N

式中:μ為摩擦因數,μ=0.6;Fn為支持力,Fn=8 N。

氣缸推力F為:

F=πD2P/4

(1)

式中:D為氣缸直徑;P為氣缸供氣壓力。

考慮到氣缸在工作時有5%～15%的能量損失,圓形推動氣缸的實際效率為80%～95%。已知圓形推動氣缸所需的工作壓力為0.5 MPa,工作時的效率為85%,所需的推力為4.8 N,由此可得圓形推動氣缸的直徑D為:

在選擇圓形推動氣缸時,需留有余量,因此選擇比計算結果值稍大的雙作用氣缸,才能符合工作要求。在選擇氣缸型號時,考慮到傳送機構安裝的便利性,以及產品生產成本等原因,筆者選擇的圓形推動氣缸為CJ2L10-100AR標準型雙作用氣缸,氣缸直徑為10 mm,工作范圍為0～100 mm,工作壓力為0.06～0.7 MPa,活塞運動速度為50～500 mm/s。

5.2 注水氣缸

注水氣缸與固定在工作臺上的托盤相連,功能是在指定位置將液體準確地注入水準泡。因為注入液體的時間較短,所以要求注水氣缸上下移動速度要快。由于注水氣缸與工作臺托盤相連接,安裝空間較小,因此要求注水氣缸的外觀尺寸越小越好,這樣才能節省空間,達到安裝方便、降低成本的最優目標。

根據上述分析,選用CDA2W10-80雙作用氣缸,接口口徑為5 mm,缸徑為10 mm,活塞行程為80 mm,壓力為0.06～0.7MPa。

注水氣缸工作時,運動速度為200 mm/s,則單程時間為0.4 s。

6 結束語

通過對方形水準泡自動裝配機構的工作原理進行分析,并根據方形水準泡在裝配時存在的難點,設計了合理的方形水準泡自動裝配機構,并確定了主要零部件的尺寸和功能。

通過實際模擬測試,所設計的方形水準泡自動裝配機構結構穩定,可解決人工分選效率低的弊端,降低生產成本,滿足大批量生產的要求。