管件自动涂胶装置的设计_马红叶.pdf

0 引言自动涂胶技术广泛应用于工业化生产,主要用于对组件进行粘接。自动涂胶技术虽然比较成熟,但是 A 管为专用零部件,同时 A 管涂胶位置精度要求高,要实现自动涂胶必须根据实际工艺需求来设计专门的自动涂胶装置。本文通过对 A 管涂胶作业进行分析研究,研制了 A 管自动涂胶装置,实现了 A 管自动上料、涂胶,降低了员工劳动强度,提高了装配效率。1 现状分析操作过程中,需要在 A 管21端部外圆处涂一层薄而均匀的 ab 胶,以保证粘接和密封性能。A 管涂胶位置如图 1 所示。目前为人工手动涂抹,管件自动涂胶装置的设计马红叶,景艳青,王科（中核（天津）机械有限公司,天津 300300）即拿取牙签蘸取 ab 胶,绕21 端部旋转一周,完成涂抹。图 1 A 管涂胶位置工艺要求21 处胶液涂抹均匀,同时要求涂覆宽度（5 8）mm。人工涂胶过程中,易出现不均匀情况,且涂胶量和涂胶宽度难以保证；同时涂胶单件平均用时为 13.6s,涂胶效率低。为了降低劳动强度,提高涂胶效率,同时降低质量风险,研制了 A 管自动涂胶装置。2 设计思路及要求从功能角度出发,考虑该装置应能够实现批量上料、精准定位以及自动涂胶功能,同时保证涂胶均匀性。因此,设计要求如下：（1）精准在 21 端部外圆处进行涂胶,胶液涂抹均匀,涂胶宽度符合要求。（2）该装置能够有效提高涂胶效率。（3）装置结构设计合理,且运行过程稳定,便于后期维护。3 结构设计设计该装置包括送料机构、定位机构、旋转机构、涂胶机构、控制机构等。3.1 送料机构送料机构包括储料部分和上料部分。其结构如图 2 所示。3.1.1 储料部分A 管为圆柱结构,采用重力落料的方式实现 A 管自动运输。设计储料部分由两A 管是一种专用零部件。为了解决 A 管手动涂胶效率低的问题,设计、制作了 A 管自动涂胶装置。通过对定位机构、旋转机构、涂胶机构、控制机构等的设计,实现自动上料、自动涂胶等动作,提高了 A 管涂胶作业效率,降低了员工的劳动强度。69科技视界Science&Technology Vision NEW THEORY OF SCIENCE&TECHNOLOGY科技新论个梯形结构的支撑板组成。为了保证工件滑落过程顺畅,设计倾斜角度为20。在容量方面,设计该储料部分可存储 20 件 A 管,满足批量储料要求。同时,在储料部分设计挡块结构,用于阻挡工件,防止其滑落至工作区。3.1.2 上料部分上料部分用于将 A 管从储料部分传递至涂胶区域。其设计难点在于如何从批量 A 管中拾取单件工件。对此设计上料模块,用于顶出单件工件。上料模块采用“工”字形设计,两侧立板倾斜 25,使工件能够通过重力滑落。工字型尾部设计挡块,用于阻挡工件,避免掉落。该结构保证工件的轴线与工作区工件的轴线在同一垂直面内,实现精准输送。上料模块的上抬和下落通过上料气缸驱动实现。3.2 定位机构定位机构用于对 A 管进行精准定位,保证涂胶位置一致性。定位机构由导轮、凹槽、定位块、定位气缸组成。导轮安装于支撑板上,用于确保 A 管旋转,同时调整导轮前后位置和高度,保证点胶部分与料管轴心在同一垂直面内,实现 A 管 y 轴、z 轴定位。半圆形凹槽位于支撑板沿轴心位置,防止工件与支撑板产生摩擦。设计定位块形状为圆形,直径为 40 mm。沿 A 管同轴心位置在侧面支撑板上开圆孔,定位气缸固定于侧面支撑板并与定位块连接。在定位气缸的推动下,定位块推动 A 管进行 x 轴定位,保证涂胶位置固定在21 外圆一端。定位机构结构设计图如图 3 所示。3.3 旋转机构 涂胶工艺要求沿 A 管21 外圆处均匀涂抹一周,因此需要设计旋转机构带动A 管旋转,实现旋转涂胶。为了避免划伤工件,采用软质皮带通过摩擦力带动工件转动,其中驱动动力源为电机,摩擦力的压力来源于气缸。3.3.1 下压气缸的设计在下压气缸规格的确定上,根据所需旋转力矩,分别计算出摩擦力矩和所需气缸压力,从而得出气缸缸径。已知 A 管与皮带接触部分直径为 20 mm,得出带动工件转动所需摩擦力矩为 0.484 Nm。结合皮带与 A 管之间的摩擦系数,得出所需气缸提供的下压力为 FN=48.4 N。已知现场气源压力为 p=0.6 MPa,利用公式Fp(d2)2,所需气缸缸径d须大于14.4 mm。最终选用缸径为 16 mm 的三轴气缸1。3.3.2 电机和主动轮的设计旋转机构由蜗轮蜗杆减速电机带动同步轮使皮带旋转,皮带的作用是实现工件图 2 送料机构结构图图 3 定位机构结构图70科技视界Science&Technology Vision NEW THEORY OF SCIENCE&TECHNOLOGY科技新论旋转、带动工件前进与拧紧。电机额定转速为 50 r/min。通过同步轮可实现调节速度的功能。设计涂胶过程用时 2 4 s,涂胶圈数为 2 圈,因此 A 管转速需达到 60 r/min。结合 A 管直径 20 mm,可得出所需主动轮直径 24 mm。3.3.3 动作过程描述旋转机构如图 4 所示。下压气缸、电机和皮带通过 L 型架连接。旋转机构工作时,下压气缸推动 L 型架下落,皮带与 A 管接触,此时电机运行,使皮带带动工件旋转；旋转机构停止工作时,气缸带动整体结构上移,电机停转。3.4 涂胶机构3.4.1 点胶机涂胶机构采用点胶机点胶,点胶机包括胶管和点胶机控制器。点胶机控制器控制胶管内 AB 胶的出胶量、出胶时间和出胶间隔时间,进而可以控制出胶量的大小。通过胶管底部的出胶口进行点胶,点胶后由与胶管连接硅胶刮胶板刮匀 AB 胶。3.4.2 刮胶板设计为了保证涂胶均匀性及涂胶宽度（5 8）mm 满足工艺要求,自主设计刮胶板结构（见图 5）,刮胶板采用平面结构,与工件接触部分宽度为 6.5 mm。同时为了保证涂胶厚度满足要求以及压装后有胶液溢出,通过试验确定涂胶时刮胶板与 A 管最佳距离为 0.2 mm。3.4.3 涂胶过程为了简化结构设计,设计涂胶机构和旋转机构共同上抬和下落,胶管通过固定具固定在 L 型架上。涂胶时,下压气缸推动胶管下落,进行涂胶；完成涂胶动作后,下压气缸带动胶管上抬,涂胶结束。3.5 控制机构电气控制部分包括按钮开关、接近开关、可编程时间继电器,实现元器件的自动控制。控制机构需保证执行顺序,即先进行上料,随后定位工件,最后进行旋转与涂胶,起到防错作用。具体控制方式和逻辑如下：（1）采用按钮开关作为装置的启动信号,接近开关为连续动作信号,利用接近开关使各机构按设计顺序进行动作。（2）定位气缸和下压气缸通过接近开关启动,采用可编程时间继电器控制电磁阀的方式控制。（3）点胶机通过接近开关进行启动,可编程时间继电器进行控制。（4）完成涂胶的工件被取走后,接近开关动作,触发时间继电器控制进行下一轮自动送料、旋转、涂胶动作2。基于电路设计要求、控制逻辑进行了电路设计,电路图如图 6 所示。通过控制机构设计,实现以下动作顺序：按下按钮开关,送料气缸上料,A 管图 4 旋转机构结构图图 5 刮胶板示意图7 1科技视界Science&Technology Vision NEW THEORY OF SCIENCE&TECHNOLOGY科技新论落在传动轮上,触发接近开关 1,定位气缸定位 A 管,同时下压气缸带动传动皮带和点胶管下落,电机带动传动皮带和 A 管匀速旋转的同时,点胶机进行点胶动作,涂胶结束后,各元器件复位。工件取走后,接近开关动作,该装置进行下一个工作循环。3.6 整体结构该装置整体结构设计图如图 7所示。4 运行效果选取 150 件 A 管对该自动涂胶装置进行测试,统计涂胶质量和涂胶效率。通过该装置的使用,A 管涂胶单件平均用时由 13.6 s 降为 6.4 s,降低 53%。且针对涂胶均匀性、涂覆宽度、压装后有无胶液溢出等项目进行检查,检验项目均合格,合格率为 100%,满足使用要求。5 结论（1）该 A 管自动涂胶装置通过定位机构、送料机构等的设计以及点胶机、电磁阀等的使用,实现了 A 管自动送料、旋转、涂胶作业。（2）该装置单件平均耗时为6.4s/件,较原来降低了53%,降低了员工的劳动强度。同时保证了涂胶位置精准、涂胶均匀性以及涂覆宽度满足工艺要求。参考文献：1 机械设计手册编委会.机械设计手册 M.第四卷.北京:机械工业出版社,2008:24.2 佟为明,瞿国富,等.低压电器继电器及其控制系统 M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2003:276-301.关键词：自动涂胶；精准定位；控制机构；旋转机构 图 6 电路连接图图 7 A 管自动涂胶装置结构图72科技视界Science&Technology Vision NEW THEORY OF SCIENCE&TECHNOLOGY科技新论