黎勉，莫抒志，胡列文，黃國(guó)爵

(廣東工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院，廣東廣州510006)

在電子行業(yè)，某些場(chǎng)合，印刷電路板、玻璃板只需要單面腐蝕，為了提高效率，把兩塊印刷電路板不需腐蝕的一面合在一起，然后，用防水膠帶把4 條邊包起、密封，然后再送去腐蝕，這樣一方面保護(hù)了不需腐蝕的面，同時(shí)也提高了效率。目前，把兩塊板疊平對(duì)齊以及膠帶的纏繞都是采用手工操作，效率低，纏繞質(zhì)量不好。為此，作者設(shè)計(jì)了一種可自動(dòng)完成包邊動(dòng)作的專用設(shè)備。

1 工作原理

該設(shè)計(jì)如圖1、圖2所示，手動(dòng)把兩塊板12、13不需要腐蝕的面合在一起，放進(jìn)由4 塊定位塊18 組成的具有自動(dòng)對(duì)齊功能的定位裝置中，負(fù)壓吸盤組件14 把下板12 吸住，頂升氣缸15 把對(duì)齊的兩塊板12、13 頂起到膠帶纏繞位置Ⅱ，這時(shí)，把接到噴頭24 的負(fù)壓斷開(kāi)，并接通壓縮空氣，使原先吸附在保持板25 上的膠帶端部吹到板12、13 的邊緣上，裝在托板6 上的滾輪16 在恒力彈簧3 的作用下，把膠帶壓緊在板12、13 的邊緣，然后電機(jī)22 帶動(dòng)小齒輪21 轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)齒輪旋轉(zhuǎn)臂2 的齒輪減速后，使齒輪旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)，裝在滾珠導(dǎo)軌上的托板組件中的滾輪16 繞著板12、13 的邊緣滾動(dòng)(對(duì)稱布置的兩臂上裝有滾珠導(dǎo)軌和托板組件)，轉(zhuǎn)過(guò)180°后，噴頭24 接通負(fù)壓發(fā)生器將膠帶吸住，熱切斷器26 把膠帶切斷，切斷后的膠帶端部被吸附在保持板25 上，然后，電機(jī)22 反轉(zhuǎn)，使齒輪旋轉(zhuǎn)臂2 回到起始位置，并通過(guò)月牙狀的限位塊4 與托板6 下的凸緣使托板6 上的滾輪16 與板12、13 脫離接觸，頂升氣缸15 把板12、13頂?shù)桨呂恢芒?，裝在四邊上的壓緊氣缸10 把膠帶上下突出的部分壓向板12、13 上下兩面，使之密封，然后，氣缸10 內(nèi)的彈簧使壓緊頭11 退回，斷開(kāi)負(fù)壓吸盤組件14 的負(fù)壓，工人把包好邊的板12、13 取出，頂升氣缸15 下降到位置Ⅰ，整個(gè)工作循環(huán)結(jié)束。

圖1 膠帶纏繞包邊機(jī)工作原理示意圖(主視圖)

圖2 膠帶纏繞包邊機(jī)工作原理示意圖(俯視圖)

2 機(jī)械設(shè)計(jì)需要注意的問(wèn)題

2.1 原點(diǎn)定位

為使裝工件時(shí)，滾輪不貼在工件上，在原點(diǎn)位置裝了月牙狀的楔塊4，扣住托板6 下的凸緣，為避免對(duì)邊的懸臂轉(zhuǎn)過(guò)180°時(shí)也被扣住，兩月牙狀的楔塊4和兩臂上托板6 下的凸緣在半徑方向上的位置是錯(cuò)開(kāi)的，只有回到原點(diǎn)位置才被扣住。月牙狀的楔塊4 和托板6 下的凸緣位置，可根據(jù)工件的尺寸進(jìn)行調(diào)整。

2.2 膠帶壓緊方式與壓緊力的調(diào)整

由于工件為非圓形，在膠帶纏繞過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)臂與工件接觸處相對(duì)旋轉(zhuǎn)中心的半徑是不斷變化的，但必須保持膠帶與工件邊緣接觸，因此，需要對(duì)膠帶施加一恒定的壓緊力。膠帶壓緊力可以采用多種方式實(shí)現(xiàn):一種方式是采用氣缸，可以通過(guò)減壓閥控制氣缸壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)壓緊力的調(diào)整，但要多用一些氣動(dòng)元件，此外，氣管要跟隨旋轉(zhuǎn)臂2 轉(zhuǎn)動(dòng)，處理起來(lái)比較麻煩;另一種方式是采用彈簧。根據(jù)胡克定律，一般的拉、壓彈簧其拉、壓力隨著彈簧變形量的增加而變大。該裝置的行程變化比較大，如果采用普通彈簧，壓力變化很大，彈簧壓縮量小時(shí)可能壓緊力不夠，若壓緊力過(guò)大又增加旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力，故采用普通彈簧不合適，因此，作者采用恒力彈簧。恒力彈簧采用不銹鋼或高碳鋼材料卷成一個(gè)圓筒形，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 恒力彈簧示意圖

恒力彈簧可按下面的公式進(jìn)行設(shè)計(jì):

式中:b 為彈簧片的寬度;t 為彈簧片的厚度;N 為圈數(shù);D1為簧圈外徑;D2為圓筒直徑;Dn為起始彈簧圈的原有直徑;E 為彈性模量［1］。

由于采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，作用在工件上的力相互平衡，不會(huì)使工件與頂升氣缸上的負(fù)壓吸盤組件產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)。

2.3 膠帶的切斷及膠帶頭端部的保持

當(dāng)旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)過(guò)180°時(shí)，使裝在熱切斷器后的小氣缸通氣，把熱切斷器26 前推，將膠帶切斷。為了防止膠帶切斷后膠帶端部在重力作用下下垂，在熱切斷器切斷膠帶前，噴頭24 接通負(fù)壓，把膠帶吸附于保持板25 上(保持板上開(kāi)有若干小孔)。

2.4 膠帶的初始固定

當(dāng)把工件放進(jìn)定位位置對(duì)齊后，頂升氣缸15 將工件頂升到膠帶纏繞位置Ⅱ，先是噴頭24 接通壓縮空氣，把膠帶端部吹到工件邊緣，同時(shí)，旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)使托板6 上的凸緣脫離限位塊4 的限制，恒力彈簧推動(dòng)滾輪16 把膠帶粘貼在工件的邊緣，雙輪結(jié)構(gòu)增加了膠帶與工件邊緣的接觸長(zhǎng)度，以確保膠帶的粘貼力大于膠帶的松卷力。另外，為了保持旋轉(zhuǎn)臂在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，兩滾輪與工件邊緣接觸，托板6 要能夠在旋轉(zhuǎn)臂上擺動(dòng)。

3 控制系統(tǒng)

膠帶包邊機(jī)原理雖然不復(fù)雜，但動(dòng)作頗多，且有較嚴(yán)格的動(dòng)作邏輯關(guān)系，故采用單片機(jī)或PLC 進(jìn)行控制，其動(dòng)作流程見(jiàn)圖4。值得注意的是，剛開(kāi)始，由于膠帶與工件接觸的粘貼長(zhǎng)度較短，旋轉(zhuǎn)臂初期不能轉(zhuǎn)動(dòng)太快，否則將會(huì)出現(xiàn)膠帶與工件邊緣粘不緊的問(wèn)題。

圖4 控制系統(tǒng)動(dòng)作流程圖

4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于該系統(tǒng)所需轉(zhuǎn)矩不大，且速度及控制精度要求不高，為了簡(jiǎn)化控制，旋轉(zhuǎn)臂采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制，僅需在起始位置安裝一個(gè)接近開(kāi)關(guān)以消除累積誤差。其他采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，為防止氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)，所有氣缸均應(yīng)采用帶導(dǎo)桿的氣缸。

該設(shè)計(jì)雖然是針對(duì)電子行業(yè)，也適合其他類似需要包邊的場(chǎng)合。

【1】希格利J E，米什克C R.機(jī)械設(shè)計(jì)通用手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

【2】許福玲，陳曉明.液壓與氣壓傳動(dòng)［M］.3 版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

【3】尚久浩.自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.2 版.北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，2003.

【4】劉海濤，姜海林.一種新的加工橢圓曲線的方法［J］.機(jī)床與液壓，2010，38(14):15.

【5】南文虎，肖根先，王宏.一種自動(dòng)定心夾具的設(shè)計(jì)［J］.機(jī)床與液壓，2011，39(18):32－33.