常 城

（北京信息科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，北京 100192）

0 引言

當(dāng)今社會(huì)，移動(dòng)通訊迅猛發(fā)展，手機(jī)已經(jīng)成為人們現(xiàn)代生活必需的通訊工具。有資料顯示，全國手機(jī)持有量已經(jīng)超過11 億部，而且這個(gè)數(shù)字還在不斷刷新。手機(jī)除了基本的通話功能之外，現(xiàn)在的智能手機(jī)還擁有了多媒體播放、高速網(wǎng)絡(luò)瀏覽、照相等功能，滿足人們的多種娛樂需求，大大的豐富了人們的生活。各大廠商也在努力提高手機(jī)的質(zhì)量和性能，使手機(jī)擁有了更輕巧的機(jī)身、更多的用戶體驗(yàn)、更豐富實(shí)用的功能。比如現(xiàn)在的手機(jī)要求有悅耳的鈴聲，播放MP3 音樂時(shí)還要能聽到動(dòng)聽的音樂。但在手機(jī)內(nèi)部芯片上安裝的揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音要么變音，要么音質(zhì)尖銳，不能滿足這樣的要求。為了實(shí)現(xiàn)此功能，有些廠商用一個(gè)小的共鳴箱殼體將揚(yáng)聲器密封在手機(jī)內(nèi)部，通過共鳴箱對(duì)聲音的處理，使手機(jī)發(fā)出的鈴聲或音樂更加悅耳和動(dòng)聽。

共鳴箱殼體和手機(jī)殼體之間要嚴(yán)格密封，以防出現(xiàn)雜音。所以，在共鳴箱殼體邊緣處要涂上一層密封膠。現(xiàn)在涂膠的方法主要是工人手工操作，但點(diǎn)膠質(zhì)量不穩(wěn)定、效率很低、尤其勞動(dòng)力成本很高，降低了企業(yè)效益。針對(duì)這樣的問題，我們?cè)O(shè)計(jì)制造了多頭數(shù)控涂膠機(jī)，很好的解決了上述問題。

1 多頭數(shù)控涂膠機(jī)總體設(shè)計(jì)

1.1 多頭數(shù)控涂膠機(jī)應(yīng)滿足的基本要求

多頭數(shù)控涂膠機(jī)用于手機(jī)共鳴箱殼體邊緣處涂膠生產(chǎn)，見圖1 所示。主要應(yīng)滿足： ①多頭數(shù)控涂膠機(jī)的精度要求不是很高，能按照手機(jī)共鳴箱殼體邊緣曲線，出膠針頭自動(dòng)移動(dòng)相應(yīng)的軌跡，且在移動(dòng)過程中控制出膠，并保證出膠量均勻；②可以同時(shí)對(duì)多個(gè)共鳴箱殼體涂膠，以提高生產(chǎn)效率；③應(yīng)具有較高的使用壽命和較低的制造成本；④造型應(yīng)簡潔明快、美觀大方、使用方便可靠。

1.2 多頭數(shù)控涂膠機(jī)總體方案設(shè)計(jì)

圖1 共鳴箱殼體及黑色密封膠

在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，我們擬定了幾個(gè)方案。并從工藝分析、主要參數(shù)、總體布局、傳動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行了分析、論證。最后統(tǒng)一了認(rèn)識(shí)，確定了最終的方案。

（1）多頭數(shù)控涂膠機(jī)的總體布局設(shè)計(jì)。總體布局設(shè)計(jì)就是指各部件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)位置關(guān)系，并使涂膠機(jī)具有協(xié)調(diào)優(yōu)美的造型。合理的確定涂膠機(jī)總體布局，可以使涂膠機(jī)滿足基本要求，還可以使機(jī)械結(jié)構(gòu)更加簡單、合理、經(jīng)濟(jì)、耐用。

在總體布局設(shè)計(jì)上，我們力求結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、膠頭運(yùn)動(dòng)更加直觀、結(jié)構(gòu)剛度高以及動(dòng)態(tài)性能好等。因此我們采用了龍門數(shù)控機(jī)床的布局，如圖2 所示多頭涂膠機(jī)的整體結(jié)構(gòu)。數(shù)控系統(tǒng)采用三軸聯(lián)動(dòng)的銑床數(shù)控系統(tǒng)。

圖2 多頭涂膠機(jī)的整體結(jié)構(gòu)

（2）出膠方案設(shè)計(jì)。膠筒類似于一個(gè)注射器，前端接有出膠針頭，膠筒中的活塞運(yùn)動(dòng)可以將液體膠通過針頭擠出。而膠筒中活塞可以由壓縮氣體推動(dòng)，用簡單的氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，原理圖如圖3?？梢岳脭?shù)控系統(tǒng)中控制切削液的指令M08（切削液開）和M09 （切削液關(guān)）來控制氣動(dòng)系統(tǒng)中電磁閥的工作，調(diào)壓閥可以調(diào)節(jié)氣體壓力，氣壓表可以顯示壓力的大小。

（3）數(shù)控涂膠機(jī)主要技術(shù)參數(shù)的確定。數(shù)控涂膠機(jī)主要技術(shù)參數(shù)包括尺寸參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)等。①尺寸參數(shù)： 尺寸參數(shù)是影響涂膠機(jī)性能和結(jié)構(gòu)尺寸的主要參數(shù)。設(shè)計(jì)時(shí)力求結(jié)構(gòu)緊湊、小巧，確定整體尺寸為（1000×800×600）mm，占地小，可以充分利用生產(chǎn)面積；②運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 運(yùn)動(dòng)參數(shù)是指執(zhí)行件 （出膠頭） 成形運(yùn)動(dòng)的速度?？紤]到涂膠機(jī)只要求出膠頭運(yùn)動(dòng)出共鳴箱殼體邊緣曲線軌跡即可，且在運(yùn)動(dòng)過程中，幾乎不用考慮任何外力作用，所以采用直流步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行裝置，并分別與X、Y、Z 向滾珠絲杠直連，以減少傳動(dòng)誤差，縮短傳動(dòng)鏈；③動(dòng)力參數(shù)： 主要指電動(dòng)機(jī)功率及扭矩等參數(shù)。X、Y、Z 三個(gè)進(jìn)給方向分別采用獨(dú)立的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，且無需考慮外載荷，選擇電動(dòng)機(jī)功率及扭矩時(shí)，只需計(jì)算空載功率即可。

圖3 出膠氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖

2 數(shù)控涂膠機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的選擇

數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)的核心，主要由操作系統(tǒng)、主控制系統(tǒng)、可編程控制器、各類I/O 接口等組成。數(shù)控涂膠機(jī)的整體結(jié)構(gòu)類似于龍門銑床，涂膠生產(chǎn)時(shí)，用出膠針頭代替刀具，實(shí)現(xiàn)二維的運(yùn)動(dòng)軌跡即可。依據(jù)這樣的要求，我們選用了三軸聯(lián)動(dòng)的國產(chǎn)銑床數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可控三個(gè)坐標(biāo)軸： X、Y、Z。三軸直線插補(bǔ)、二軸圓弧插補(bǔ)，編程更方便；中英文顯示界面；參數(shù)編程功能，可滿足特殊需求等。滿足我們作為數(shù)控涂膠機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)的要求，且價(jià)格較合理。

通過計(jì)算和分析，伺服系統(tǒng)選擇了兩相混合式步進(jìn)電機(jī)及步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。步進(jìn)電機(jī)具有較好的定位精度，無漂移和累計(jì)定位誤差，能跟蹤一定頻率范圍的脈沖列。步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)沒有反饋檢測環(huán)節(jié)，是典型的開環(huán)控制系統(tǒng)，既滿足了伺服控制的需要，也滿足了降低成本的要求。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能不僅與電機(jī)本身特性、負(fù)載有關(guān)，而且與其配套使用的驅(qū)動(dòng)電源有著密切的關(guān)系。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能是步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電源的綜合結(jié)果，選擇性能良好的驅(qū)動(dòng)電源對(duì)于發(fā)揮步進(jìn)電機(jī)的性能是十分重要的。

3 多頭數(shù)控涂膠機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 多頭數(shù)控涂膠機(jī)本體的設(shè)計(jì)

多頭數(shù)控涂膠機(jī)主要用于涂膠生產(chǎn)，在加工過程中沒有或很小的運(yùn)動(dòng)阻力，本體對(duì)剛度和強(qiáng)度的要求并不是很高。因此涂膠機(jī)的本體采用工業(yè)鋁型材搭建而成，包括工作臺(tái)、立柱、橫梁等，都選用不同類型和規(guī)格的工業(yè)鋁型材組裝，見圖4。

工業(yè)鋁型材具有很高的精度，如在5700mm 范圍內(nèi)，鋁型材的交線及槽線的平行度不大于±0.05mm，在300mm 長度內(nèi)直線度不大于±0.3mm，在2000mm 長度內(nèi)直線度不超過±1.5mm，在2000mm 長度內(nèi)扭曲度最大為1.5mm。工業(yè)鋁型材表面經(jīng)過氧化后，外觀非常漂亮，且耐臟，一旦涂上油污非常容易清洗。組裝成產(chǎn)品時(shí)，根據(jù)不同的承重采用不同規(guī)格的型材，并采用配套鋁型材配件，不需要焊接，較環(huán)保，而且安裝、拆卸，輕巧便于攜帶、搬移極為方便。

圖4 多頭數(shù)控涂膠機(jī)整機(jī)實(shí)物

3.2 傳動(dòng)零部件的設(shè)計(jì)與選擇

涂膠機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)是將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)直線運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈，主要包括絲杠、導(dǎo)軌等零部件。為保證數(shù)控裝置的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性，零部件應(yīng)具有較高的傳動(dòng)精度、較快的響應(yīng)速度、較高的傳動(dòng)剛度、較小的摩擦力，以及較高的穩(wěn)定性、壽命長、使用維護(hù)方便等要求。

絲杠選用了滾珠絲杠螺母副。它具有傳動(dòng)效率高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)無爬行、無軸向間隙、使用壽命長以及維護(hù)方便等特點(diǎn)。

導(dǎo)軌選用了直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。它除了導(dǎo)向外還能承受顛覆力矩，其制造精度高，可高速運(yùn)行，并能長時(shí)間保持精度，通過預(yù)加負(fù)載可提高剛性，具有自調(diào)的能力，安裝基面允許誤差大，維護(hù)方便簡單，壽命長等特點(diǎn)。

4 結(jié)束語

多頭數(shù)控涂膠機(jī)是集機(jī)、電、氣動(dòng)和數(shù)字控制為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品?，F(xiàn)該機(jī)已用于生產(chǎn)，大大的提高了共鳴箱殼體密封膠的涂膠效率、質(zhì)量和穩(wěn)定性，大大減少了操作工人數(shù)量，節(jié)約了人工成本。數(shù)控涂膠機(jī)還可以廣泛用于其他輕工等行業(yè)的涂膠或點(diǎn)膠自動(dòng)化生產(chǎn)。

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