胡勝雨

摘 要 本文針對自動化壓裝裝配中實際應(yīng)用的一種情況設(shè)計一款壓裝壓頭結(jié)構(gòu)，并進行粗略的計算和強度校核。

關(guān)鍵詞 自動化;壓裝;壓頭結(jié)構(gòu)

隨著科技的快速發(fā)展，越來越多的技術(shù)應(yīng)用到自動化領(lǐng)域。人們對于產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來越高，大量的自動化設(shè)備的應(yīng)用使產(chǎn)品的質(zhì)量能夠更好地管控，同時也能對產(chǎn)品的歷史進行追溯。本文針對現(xiàn)實情況，依據(jù)應(yīng)用要求設(shè)計一款在自動化生產(chǎn)裝配線中應(yīng)用的自動壓裝機構(gòu)，著重介紹其中關(guān)于壓裝壓頭機構(gòu)部分。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖1所示。

壓頭機構(gòu)的主要組成部分如圖中所描述，在工作工程中，整個壓頭機構(gòu)的動力部分由伺服電機提供，選用伺服電機的好處是可以精確控制壓頭在壓裝過程中位移，這對壓裝裝配工藝中位置有要求的情況是十分有利的。整個壓裝力的傳遞由壓缸機構(gòu)來執(zhí)行，其內(nèi)部主要是由滾珠絲杠組成，滾珠絲杠傳動效率高，可達90%以上，相對于普通絲杠傳動效率高位置精度更加精確。壓缸機構(gòu)兩側(cè)的導(dǎo)向軸起導(dǎo)向作用外還兼顧著平衡壓裝時由于壓裝力不是完全豎直是引起的水平方向的分力，如果此分力全部作用到壓缸機構(gòu)上，會加劇內(nèi)部絲杠與端部密封結(jié)構(gòu)的摩擦損耗，影響使用壽命。增加兩根導(dǎo)向軸能有效避免水平方向的分力作用到壓缸機構(gòu)上對壓缸機構(gòu)產(chǎn)生破壞[1]。

關(guān)于電機的選擇，本文此次僅對所需驅(qū)動扭矩進行計算，計算公式如下

式中：T-所需驅(qū)動扭矩 N·mm

Fa-輸出力 N

Ph-導(dǎo)程 mm

η-傳動效率

Tp-摩擦引起的扭矩 N·mm

i-減速比

式中所需數(shù)據(jù)依據(jù)實際情況，輸出力Fa=196000N，絲杠導(dǎo)程Ph=20mm，傳動效率η=0.95，摩擦扭矩Tp=25000N·mm，減速比i=1/40。

根據(jù)計算結(jié)果選取相應(yīng)的伺服電機。選取伺服電機除了電機的輸出扭矩要求，對于伺服電機的功率，可帶負載轉(zhuǎn)動慣量，控制方式的都有要求，并有相對應(yīng)的計算公式進行計算選取，這里不做介紹。

在壓缸機構(gòu)和壓頭之間裝有壓力檢測裝置，內(nèi)有壓力傳感器，可對壓裝過程中壓力狀態(tài)進行監(jiān)控。針對不同壓裝工藝要求設(shè)置不同的壓裝力，配合伺服電機和滾珠絲杠的使用可對壓裝過程進行有效的監(jiān)測和控制，并通過計算軟件可以合成壓力位移曲線，對于后期產(chǎn)品的品質(zhì)分析提供數(shù)據(jù)分析來源[2]。

下端的壓頭部分主要有兩大部分組成，分為主可變壓頭和副壓頭，這兩部分共同裝配在一塊可移動基板上，并有一個氣缸驅(qū)動來變換兩組壓頭的工作位置。變換時機由PLC依據(jù)產(chǎn)品型號進行控制。對于本次壓裝生產(chǎn)要求，兩組壓頭中主可變壓頭是一套可同時兼容兩種產(chǎn)品的壓頭裝置，副壓頭僅對應(yīng)一種產(chǎn)品。主可變壓頭采用內(nèi)外套裝結(jié)構(gòu)，外部是針對產(chǎn)線上大型產(chǎn)品壓裝的外壓頭，內(nèi)壓頭針對相對小一個型號的產(chǎn)品。內(nèi)外壓頭的轉(zhuǎn)換采用氣缸推動轉(zhuǎn)換，內(nèi)壓頭與外壓頭之間有導(dǎo)向軸貫穿連接，導(dǎo)向軸上套有壓縮彈簧，彈簧力一直保持向外部頂住內(nèi)壓頭內(nèi)外壓頭之間有介入擋塊機構(gòu)。這里規(guī)定副壓頭對應(yīng)壓裝1號產(chǎn)品，主可變壓頭外壓頭對應(yīng)壓裝2號產(chǎn)品，主可變壓頭的內(nèi)壓頭對應(yīng)壓裝3號產(chǎn)品。當(dāng)設(shè)備上來料為1號產(chǎn)品時，PLC控制主副壓頭轉(zhuǎn)換機構(gòu)中的氣缸動作，推動移動基板將副壓頭推送到壓缸機構(gòu)正下方，伺服電機驅(qū)動整個壓裝機構(gòu)下移開始壓裝，壓裝時監(jiān)控壓裝力和下壓位移量是否滿足產(chǎn)品規(guī)定的壓裝要求，要是都滿足則判斷壓裝合格，如果其中有一項數(shù)據(jù)異常，與產(chǎn)品壓裝要求數(shù)據(jù)不符合則進行異常報警，并將數(shù)據(jù)存儲為后續(xù)分析做準備。當(dāng)設(shè)備上來料為2號產(chǎn)品時，PLC控制主副壓頭轉(zhuǎn)換機構(gòu)中氣缸動作，推動移動基板將主可變壓頭推送到壓缸機構(gòu)正下方，壓裝機構(gòu)下壓，此時的主可變壓頭中內(nèi)外壓頭之間的介入擋塊機構(gòu)不動作，壓裝時內(nèi)壓頭會被2號工件內(nèi)部結(jié)構(gòu)頂起退縮到外壓頭內(nèi)部上方位置，不介入壓裝過程，其余動作過程與副壓頭壓裝1號產(chǎn)品時一樣，壓裝結(jié)束后壓頭抬升時彈簧機構(gòu)將內(nèi)壓頭頂回到原位置。當(dāng)壓裝3號產(chǎn)品時，主可變壓頭還應(yīng)在壓缸機構(gòu)正下方，這是時主可變壓頭中的內(nèi)壓頭開始工作，在壓裝之前主可變壓頭中的介入擋塊機構(gòu)動作，將內(nèi)壓頭擋住防止其抬升回到上部，將其阻擋在工作位置，直到整個壓裝過程完成。在每個壓裝過程結(jié)束后伺服電機驅(qū)動整個機構(gòu)上升到初始設(shè)定的原點位置，下端部分的壓頭機構(gòu)也可以回到初始原點位置，也可以不用回，但需要控制系統(tǒng)記住當(dāng)前各壓頭的位置狀態(tài)，保證下次壓裝時能夠選取正確的壓頭機構(gòu)。

對于此次壓頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計，從結(jié)構(gòu)上看，在同等壓力條件下，內(nèi)壓頭的結(jié)構(gòu)尺寸相對其余兩種壓頭的結(jié)構(gòu)尺寸來看是最容易損壞的一個，因此對內(nèi)壓頭的結(jié)構(gòu)強度進行有限元分析，其結(jié)果如下圖所示。

從圖2內(nèi)壓頭模型強度分析看出，在額定壓力情況下，內(nèi)壓頭所受壓力強度最大值為1.64Mpa，內(nèi)壓頭材料為45碳鋼并做調(diào)質(zhì)處理，其本身屈服強度為3.75Mpa，安全系數(shù)達到2.3倍，滿足使用條件。圖3為內(nèi)壓頭受壓后的變形量分析，從圖中看出最大綜合位移量為0.03mm，對于產(chǎn)品本身的壓裝位置精度要求±0.1mm來說完全滿足[3]。

本次設(shè)計的壓裝壓頭結(jié)構(gòu)下端的主副壓頭結(jié)構(gòu)設(shè)計成了一種可以拆卸更換的機構(gòu)形式，當(dāng)產(chǎn)品換型時這種壓頭不能滿足壓裝要求，可將其拆下?lián)Q上其他結(jié)構(gòu)的壓頭，不需要更換所有壓裝機構(gòu)，提高了整體設(shè)備的通用性。

參考文獻

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[2] 寇寶泉，程樹康. 交流伺服電機及其控制[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008：109.

[3] 陳超祥，胡其登.SOLIDWORKS Simulation高級教程（2018版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2018：59.