机械字码打印底座结构优化设计及应用

陈冲锋，潘 露

（1.芜湖机械工程学校，安徽 芜湖241200；2.安徽机电职业技术学院，安徽 芜湖241000）

0 引言

现代企业对自动化的需求越来越高，小型批量制作的自动化设备越来越多。本课题来源于一家规模制药企业购买的一批包装袋打印专用设备，由于技术不成熟，打印底座极易磨损，给企业带来了不必要的损失。在实际使用过程中，安装打印字码的底座由于上下底座采用V型槽配合夹紧，打印作业中V型压板与V型槽长时间配合，使两者间的配合松动致使打印底座3~5个月就会损坏使V型槽变形导致底座损坏现象。由于小型设备市场小，技术不成熟，生产厂家维修跟不上，制药厂家机械方面专业人才有限，对设备的改造有心无力，给企业生产带来了很大的不便[1]。

1 打印底座问题分析

打印底座的三维结构图如图1（a）所示，实物图如图1（b）所示，打印底座与气缸连接安装必须先将上下底座拆开，使用螺钉连接，上下底座连接使用凸V型压板、凹V型槽配合，四个螺钉压紧。因打印底座使用频繁，在使用过程中螺钉容易松动，致使凸V型压板、凹V型槽磨损加剧，间隙增大导致损坏[2-3]。打印底座的上底座仅仅设计了一面能够安装打印字码，一旦松动损坏必须更换，而该打印底座材料为黄铜，更换价格较高，且更换麻烦，给企业带来了很大的经济损失。

图1 打印底座结构图

2 打印底座优化

为了解决企业打印底座的结构复杂、拆卸麻烦、使用寿命短等问题，分别从优化底座结构设计、简化气缸安装与上底座固定方式和优化上下底座的配合安装三方面对其进行改进。

2.1 打印底座的结构优化设计

原有底座采用凸V型压板、凹V型槽配合，螺钉压紧，长时间使用和拆卸导致螺纹松动，从而导致配合间隙增大损坏，磨损严重并影响打印底座使用寿命短，因此底座结构设计上存在问题，本文针对上下底座的配合对其进行优化。通过改进上下底座的配合方式，将原本凸V型压板、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与面接触，形成一个整体，解决了底座长期使用上下底座的松动的问题，提高了打印底座的使用寿命，如图2（a）所示为优化后的打印底座零件图，图2（b）所示为打印底座装配图。

图2 优化后的打印底座结构和装配图

2.2 简化气缸安装与上底座固定

考虑到打印底座气缸安装复杂，且上下底座窜动严重，将原本下底座与气缸连接的四个螺丝孔改成下底座上的两个对角通沉头螺丝孔，避免与气缸连接时拆卸气缸，仅需直接将下底座放在气缸上，使用螺钉连接即可，简单方便。同时为了更好的提高上底座的使用率，将上底座上下两面均改成了T形槽，在提高上下底座的连接强度的同时，也提高了上底座的使用次数，大大提高了利用率。在下底座上加一个挡块，控制了上底座的窜动，减少了T型槽的窜动磨损，提高了底座的使用寿命[4]，如图3（a）所示为在图2的基础上优化后的打印底座零件图，图3（b）所示为优化后的打印底座装配图。

图3 第二次优化后的打印底座结构和装配图

2.3 优化上下底座的配合安装

经过两次改进的打印底座为企业大大降低了成本，创造了更大的价值，但是在实际应用的过程中仍然存在上底座反方向窜动，下底座的挡块加工安装不便的问题。针对以上问题，将下底座的宽厚的挡块换成了薄的挡板，并在上底座上加入了锁紧手柄，手柄与锁紧杆加上弹簧与上底座配合，锁紧杆前端弯曲，通过外界施压带动弹簧的伸缩完成锁紧杆的伸缩，完成上下底座的配合锁紧，第三次优化后的底座如图4所示。当上下底座配合到位时，只需转动手柄将上下底座连接成一个整体，通过这种设计完全解决了上下底座的窜动问题，优化了结构，方便了安装，实现了上下底座的完美结合。

图4 第三次优化后的打印底座装配图和实物图

3 产品改进前后使用寿命、维修时间和生产成本对比

改进后的打印底座如图4所示，在企业投入使用后有效解决了目前底座存在的问题及使用缺陷，其整体使用效果如图5所示。

图5 打印底座安装后的包装袋打印专用设备

改进后的打印底座在实际生产应用已成功运行了三年。现就原始底座和改进后的底座使用寿命、维修时间及制作成本进行对比。

表1所示为改进后的底座与原有底座的使用寿命对比，其使用寿命由原有的3~6个月提高到12~24个月，使用寿命提高了300%.

表1 使用寿命对比

表2所示为改进后的底座与原有底座的维修时间对比，维修时间由原有的1 h减少到0.2 h，工作效率提高了80%.

表2 维修时间对比

表3所示为改进后的底座与原有底座的制作成本对比，成本由原有的一个1350元减少到一个850元，成本降低了40%.

表3 制作成本对比

4 结论

机械字码打印底座通过优化底座结构设计、简化气缸安装与上底座固定方式和优化上下底座的配合安装三方面的改进，降低成本约40%，提高底座的安装效率80%、提高使用寿命300%，大大提高了使用寿命及稳定性，简化了底座的加工步骤，为企业节约了成本，提高了加工效率，创造了更高的价值。

目前该研究成果已经申请专利，并已经授权，专利号：ZL201520257587.4.