方形水准泡自动装配机构的设计

□ 储博凯 □ 俞龙杰 □ 韦铭轩 □ 陈 龙 □ 江晓亮

衢州学院 机械工程学院 浙江衢州 324000

1 设计背景

水准泡作为一种测量仪器,被用于测量铅垂或水平位置的精准度。水准泡包括普通式长水准泡、补偿式长水准泡、电子水准泡、电子补偿器、塑料水准泡等,共有三百余种,广泛应用于小型仪器和大型机械设备等的调平。

水准泡对机械设备的制造及安装有很大作用。没有水准泡的辅助,机械设备的制造、安装会有很多不便之处。因此,对水准泡的创新与研究还在不断进行中。

水准泡的制作过程主要包括分选、注水、加盖等。在水准泡制作时,大多水准泡生产厂家的制造工艺及自动化装配技术水平较低,水准泡的分选主要依靠人工,分选速度慢,耗费人力物力,并且生产成本比较高,生产出的水准泡精度差。在市场对水准泡有较大需求的情况下,研制水准泡自动分选装置十分有必要。水准泡自动分选装置可以在很大程度上节约劳动力成本,进而降低厂家生产成本。

笔者以方形水准泡为研究对象,对方形水准泡自动装配机构进行设计,实现方形水准泡的自动装配,提高水准泡的分选效率,降低水准泡的生产成本,使厂家在市场中有更强的竞争力。

2 水准泡装配现状

方形水准泡装配技术主要有人工装配和自动装配两种方式。自动装配可以降低装配成本,改善工人劳动条件,提高产品的质量稳定性,并且提高装配工作效率。

自动装配又分为两种,一种是半自动装配,另一种是全自动装配。半自动装配的可靠性比全自动装配要低一些,并且半自动装配通过人工操作进行缠绕作业,工人的安全得不到保障。

3 方形水准泡自动装配机构工作原理

通过对方形水准泡结构特点的分析,确定方形水准泡自动装配机构的工作原理。通过分料机构对水准泡进行分料,使水准泡可以整齐地排列在规定的轨道中。在振动盘上的轨道上,设置一个带有钩子的调向机构,使水准泡可以按同一方向排列,等待注水机构注入液体。注入液体后,水准泡通过气缸机构沿轨道传送至指定位置,在气缸的作用下,橡胶盖压入水准泡上方,之后在气缸的推动下,水准泡掉入指定筐中。

橡胶盖在振动盘中缓慢上升,上升过程中需经过筛选。橡胶盖上升时,橡胶盖的一端可以卡入振动盘顶部的凹槽,然后继续向前传送。若因为角度、方向的问题没能卡入凹槽,则橡胶盖会落入下方的装料盘中,并重新向上传送。

4 机构设计

4.1 加盖机构

加盖机构如图1所示,主要由一个圆形推动气缸和一个具有拾取功能的气缸机构组成。水准泡传送至指定位置时,加盖机构将滑块推动至振动盘上方,并拾取一个橡胶盖。在推动气缸的作用下,滑块准确运动至指定位置,从而实现装配的准确性。通过气缸将橡胶盖运送至指定水准泡上方,在气缸的作用下将橡胶盖压入水准泡,完成装配。拾取橡胶盖时,为保证橡胶盖能准确地传送至水准泡上方,滑块需要与水准泡保持相匹配的传递速度,保证在拾取和装配橡胶盖的过程中水准泡处于相对静止状态。

▲图1 加盖机构

4.2 注水机构

注水机构如图2所示,主要由一个可以上下活动的托盘和一个用于注水的气缸组成。当水准泡传送至指定位置时,注水机构能够准确地将液体注入水准泡。在注水过程中,水准泡需保持静止状态,保证注水过程的准确性。

▲图2 注水机构

5 主要零部件参数

5.1 圆形推动气缸

在加盖机构中,用于推动滑块的圆形推动气缸的功能是推动拾取机构在固定滑轨上来回滑动。由于圆形推动气缸装配在比较狭窄的套环中,因此在选择气缸时,既要能够克服滑块与固定滑轨的摩擦力,又要保证气缸在运动中不与其它机构发生碰撞,并且气缸的安装空间尽量小。

滑块在往复运动的过程中受到的摩擦力Ff为:

Ff=μFn=4.8 N

式中:μ为摩擦因数,μ=0.6;Fn为支持力,Fn=8 N。

气缸推力F为:

F=πD2P/4

(1)

式中:D为气缸直径;P为气缸供气压力。

考虑到气缸在工作时有5%～15%的能量损失,圆形推动气缸的实际效率为80%～95%。已知圆形推动气缸所需的工作压力为0.5 MPa,工作时的效率为85%,所需的推力为4.8 N,由此可得圆形推动气缸的直径D为:

在选择圆形推动气缸时,需留有余量,因此选择比计算结果值稍大的双作用气缸,才能符合工作要求。在选择气缸型号时,考虑到传送机构安装的便利性,以及产品生产成本等原因,笔者选择的圆形推动气缸为CJ2L10-100AR标准型双作用气缸,气缸直径为10 mm,工作范围为0～100 mm,工作压力为0.06～0.7 MPa,活塞运动速度为50～500 mm/s。

5.2 注水气缸

注水气缸与固定在工作台上的托盘相连,功能是在指定位置将液体准确地注入水准泡。因为注入液体的时间较短,所以要求注水气缸上下移动速度要快。由于注水气缸与工作台托盘相连接,安装空间较小,因此要求注水气缸的外观尺寸越小越好,这样才能节省空间,达到安装方便、降低成本的最优目标。

根据上述分析,选用CDA2W10-80双作用气缸,接口口径为5 mm,缸径为10 mm,活塞行程为80 mm,压力为0.06～0.7MPa。

注水气缸工作时,运动速度为200 mm/s,则单程时间为0.4 s。

6 结束语

通过对方形水准泡自动装配机构的工作原理进行分析,并根据方形水准泡在装配时存在的难点,设计了合理的方形水准泡自动装配机构,并确定了主要零部件的尺寸和功能。

通过实际模拟测试,所设计的方形水准泡自动装配机构结构稳定,可解决人工分选效率低的弊端,降低生产成本,满足大批量生产的要求。