摘要：自動(dòng)打標(biāo)機(jī)機(jī)械傳動(dòng)經(jīng)減速器輸出軸外伸端安裝同步帶（或V帶）傳動(dòng)，將運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分路傳動(dòng)，一路通過(guò)聯(lián)軸器傳給上凸輪，一路直傳下凸輪，凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)移動(dòng)從動(dòng)件推桿1與打印頭2，在工作節(jié)拍匹配的前提下完成產(chǎn)品外包裝信息打印動(dòng)作功能。

Abstract： The mechanical transmission of automatic marking machine is equipped with synchronous belt （or V belt） transmission through the out-of-extension end of the output shaft of the reducer， which will drive the motion and power， and pass it all the way to the upper cam through the coupling， and pass the lower cam directly. The cam mechanism drives the moving follower push rod 1 and the print head 2 to complete the product packaging information printing action function under the premise of matching the working beat.

關(guān)鍵詞：自動(dòng)打標(biāo)機(jī)；凸輪機(jī)構(gòu)；工作節(jié)拍匹配

Key words： automatic marking machine；cam mechanism；work beat matching

中圖分類號(hào)：TB486 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）28-0122-02

某產(chǎn)品外包裝上需要打印生產(chǎn)日期、保質(zhì)期等產(chǎn)品信息，打印動(dòng)作如圖1所示，在生產(chǎn)線上首先由推送機(jī)構(gòu)的推桿1將產(chǎn)品3送至待打印的位置，然后打印頭機(jī)構(gòu)的打印頭2向下完成打印操作。其中推桿1的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：短休止——?jiǎng)蛩僦本€運(yùn)動(dòng)推送——?jiǎng)蛩僦本€運(yùn)動(dòng)退回——休止；打印頭2的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：勻速直線運(yùn)動(dòng)向下——休止——?jiǎng)蛩僦本€運(yùn)動(dòng)退回——休止；推桿1與打印頭2的運(yùn)動(dòng)周期相同，要求設(shè)計(jì)一臺(tái)能夠完成已描述運(yùn)動(dòng)規(guī)律、且滿足工作節(jié)拍要求的自動(dòng)打標(biāo)機(jī)。

設(shè)計(jì)之初首先要擬定機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，根據(jù)機(jī)械對(duì)工藝過(guò)程及運(yùn)動(dòng)的要求，建立各執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)之間的協(xié)調(diào)配合關(guān)系，如果這種配合協(xié)調(diào)合理，即可保證機(jī)械有較高的生產(chǎn)率及較低的能耗。運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)配合關(guān)系，通常包含執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動(dòng)，在時(shí)間（順序）和空間（是否干涉等）上的雙重考慮。針對(duì)此案，設(shè)計(jì)了3種機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，如圖2所示，方案1：推桿1與打印頭2串聯(lián)式組合，推桿1先完成一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)，打印頭2接著完成一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)，重復(fù)交替循環(huán)。方案2：推桿1與打印頭2并聯(lián)式組合，推桿1的A1點(diǎn)與打印頭2的A2點(diǎn)同步到達(dá)工作位置，推桿1即到即退，打印頭2停留延時(shí)打印。方案3：調(diào)整推桿1在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)運(yùn)動(dòng)區(qū)段與停歇區(qū)段的相對(duì)位置，使產(chǎn)品提前Δt秒時(shí)間到達(dá)工作位置，注意循環(huán)圖中A1、A2兩點(diǎn)的位置，說(shuō)明推桿1以領(lǐng)先打印頭2Δt秒的時(shí)間運(yùn)行到工作位置，Δt秒后打印頭2運(yùn)行到工作位置并休止延時(shí)打印。對(duì)于方案1，整個(gè)打印工作循環(huán)所需時(shí)間最長(zhǎng)，即T=Tmax=T1+T2，這種方案設(shè)計(jì)效率最低，不合理；方案2在理論上整個(gè)打印工作循環(huán)所需時(shí)間最短T=Tmax=T1=T2，但由于制造、安裝等誤差而導(dǎo)致機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)誤差，有可能產(chǎn)品還未到工作位置，而打印頭2已經(jīng)到達(dá)工作位置，這種方案設(shè)計(jì)效率最高，但最不可靠。方案3使推桿1具有運(yùn)動(dòng)時(shí)間提前量Δt，其具體數(shù)值可根據(jù)產(chǎn)品大小及實(shí)際可能的誤差因素綜合地加以確定，相比之下方案3運(yùn)動(dòng)循環(huán)設(shè)計(jì)效率較高，動(dòng)作可靠合理。

鑒于推桿1與打印頭2的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、循環(huán)動(dòng)作及節(jié)拍匹配，推桿1與打印頭2均選擇由凸輪機(jī)構(gòu)自動(dòng)循環(huán)控制，根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)及出貨產(chǎn)量要求，設(shè)計(jì)凸輪工作轉(zhuǎn)速500r/min，打印節(jié)拍100個(gè)/min，選用三相異步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，自動(dòng)打標(biāo)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖3。

自動(dòng)打標(biāo)機(jī)工作原理：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)V帶傳動(dòng)，小帶輪安裝在電機(jī)軸上，斜向上將運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力傳給大帶輪，大帶輪將運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力傳給齒輪減速器，實(shí)現(xiàn)減速增矩，減速器輸出軸外伸端安裝同步帶（或V帶）傳動(dòng)，將運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分路傳動(dòng)，一路通過(guò)聯(lián)軸器傳給上凸輪，一路直傳下凸輪，保證兩個(gè)凸輪同步回轉(zhuǎn)，凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)移動(dòng)從動(dòng)件推桿1與打印頭2，在滿足工作節(jié)拍的前提下完成產(chǎn)品外包裝信息打印動(dòng)作。自動(dòng)打標(biāo)機(jī)設(shè)計(jì)最重要的是兩個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)工作節(jié)拍的匹配，打印節(jié)拍100個(gè)/min，即1min/100個(gè)=60s/100個(gè)=0.6s/個(gè)，即打印一個(gè)包裝盒的時(shí)間是0.6s，凸輪機(jī)構(gòu)一個(gè)循環(huán)的周期是0.6s。根據(jù)圖2方案3的打印機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖分配各段時(shí)間，推桿1：短休止0.04s，勻速直線運(yùn)動(dòng)推送0.13s，勻速直線運(yùn)動(dòng)退回0.13s；長(zhǎng)休止0.3s，一個(gè)周期0.6s。打印頭2：勻速直線運(yùn)動(dòng)向下0.19s，休止0.13s，勻速直線運(yùn)動(dòng)退回0.19s，休止0.09s，一個(gè)周期0.6s。將時(shí)間周期轉(zhuǎn)換成角度周期，即推桿1：短休止24°，勻速直線運(yùn)動(dòng)推送78°，勻速直線運(yùn)動(dòng)退回78°；長(zhǎng)休止180°，一個(gè)周期360°。打印頭2：勻速直線運(yùn)動(dòng)向下114°，休止78°，勻速直線運(yùn)動(dòng)退回114°，休止54°，一個(gè)周期360°。假設(shè)兩個(gè)凸輪的基圓直徑定為30mm，移動(dòng)從動(dòng)件推桿1與打印頭2的行程定為50mm，據(jù)此通過(guò)反轉(zhuǎn)法即可作出滿足工作節(jié)拍要求的兩個(gè)凸輪輪廓曲線，如圖4所示。一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)，兩個(gè)凸輪啟動(dòng)同步回轉(zhuǎn)，推桿1于0.17s先行到達(dá)工作位置，隨即退回，打印頭2于0.19s滯后到達(dá)工作位置，0.19～0.32s打印頭2休止延時(shí)打印，隨即退回，推桿1、打印頭2的退回動(dòng)作都是在彈簧驅(qū)動(dòng)下強(qiáng)制完成的。

上下凸輪軸心線高度位置計(jì)算：凸輪最長(zhǎng)徑65mm，從動(dòng)件打印頭2長(zhǎng)度100mm，余程7.5mm，總共172.5 mm。上下凸輪軸心線寬度位置計(jì)算：凸輪最長(zhǎng)徑65mm，從動(dòng)件推桿1長(zhǎng)度155mm，余程25mm，總共245mm。通過(guò)上述設(shè)計(jì)分析計(jì)算，用CAD繪制自動(dòng)打標(biāo)機(jī)裝配圖，裝配圖以打印機(jī)構(gòu)工作位置繪制，兩個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)在工作位置如圖5所示。樣機(jī)試制經(jīng)調(diào)試使用效果良好，如果凸輪、滾子零件的寬度再大點(diǎn)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性更好，如果凸輪輪廓曲線能夠修正得更光滑，機(jī)構(gòu)振動(dòng)會(huì)更小，穩(wěn)定性更好，如果凸輪最小傳動(dòng)角能夠控制在50°左右，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)動(dòng)力性能更優(yōu)。

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