自動裝盒機取盒-開盒機構(gòu)設(shè)計

自動裝盒機取盒-開盒機構(gòu)設(shè)計李艷漲煒【摘要】在參閱大量有關(guān)自動裝盒機的資料的基礎(chǔ)上，對裝盒機執(zhí)行機構(gòu)進行了深入的研究和分析，嘗試凸輪機構(gòu)在自動裝盒機的應用。充分考慮了自動裝盒機的機械性能，詳細分析了自動裝盒機的取盒-開盒機構(gòu)的工作原理，以凸輪-齒輪組合機構(gòu)作為核心機構(gòu)，行星輪上聯(lián)接擺動滾子作為凸輪機構(gòu)的從動件，在凸輪與中心輪的作用下能實現(xiàn)行星架滿足〃運動一停止——運動一一停止”的運動要求，而相對靜止狀態(tài)可為吸盤吸盒留出足夠的時間。為保證自動裝盒機在高速下取盒-開盒的穩(wěn)定性問題，提高裝盒的效率，避免在高速運轉(zhuǎn)過程中容易出現(xiàn)的沖擊現(xiàn)象，提出了組合凸輪機構(gòu)的研發(fā)設(shè)計方案。%Onthebasisofalargeamountofinformationabouttheautomaticpackingmachine,theimplementationmechanismofthemachineisstudiedandanalyzed,andtheapplicationofthecammechanismintheautomaticpackingmachineisattempted.Thispapertakesfullaccountofthemechanicalpropertiesoftheautomaticpackingmachine,analyzestheboxopeningmechanismoftheautomaticpackingmachineindetail,takesthecamgearcombinationmechanismasthecoremechanism,theplanetwheelisconnectedwiththeoscillatingrollerasthefollowerofthecammechanism,undertheactionofthecamandthecenterwheel,theplanetframecanmeettherequirementof"movement-stop-movement-stop",andtherelativestaticstatecanbesetasideenoughtimeforthesuctionbox.Themechanismtoensurethestabilityoftheautomaticcartoningmachineinhighspeedboxtaking-offthebox,toimprovetheefficiencyofthepackagingbox,toavoidthelikelyimpactphenomenonduringhigh-speedoperation,putforwardtheresearchdesigncombinationofcammechanism.【期刊名稱】《機電工程技術(shù)》【年(卷)，期】2016(045)010【總頁數(shù)】4頁(P53-56)【關(guān)鍵詞】裝盒機;取盒-開盒機構(gòu);凸輪機構(gòu)【作者】李艷漲煒【作者單位】河源理工學校，廣東河源517000;河源理工學校，廣東河源517000【正文語種】中文【中圖分類】TP211國產(chǎn)裝盒機在過去10年里得到了快速發(fā)展，但問題仍然很多。在國內(nèi)自動裝盒機機廠家中，高技術(shù)含量和高質(zhì)量的生產(chǎn)廠家很少，而且大多停留在半自動或中低速水平，與國外同類產(chǎn)品比較，無論設(shè)備的開發(fā)水平、技術(shù)含量和應用推廣都難以令人滿意［1］?，F(xiàn)階段我國的自動裝盒機還只能適應單一類型的包裝種類，紙盒的尺寸大小不能大范圍變化，一般的生產(chǎn)速度只能維持在中低檔，這些都是短板。自動裝盒機的取盒-開盒的工藝過程是：把紙盒從放盒架上吸出——紙盒打開一點——反向吸住紙盒——紙盒張開——放盒——紙盒輸出。本文介紹的取盒-開盒機構(gòu)的工藝過程如圖1所示。其工作過程如下。—前一后帶有真空吸盤的支架吸住藥盒的前后側(cè)面，接著后面吸盤的支架以r為半徑對前吸盤的支架運動(r為紙盒的側(cè)面高度)，從而把藥盒打開成呈六面體。為清晰說明機構(gòu)運動軌跡，在省略氣動控制回路等輔助機構(gòu)前提下，選用氣閥控制真空吸盤來實現(xiàn)紙盒的抓放［2］。第一步：在吸取藥盒位置前吸盤需停一段時間，作為吸盤吸取藥盒的時間，從放置架上把藥盒吸出。第二步：在擋塊作用力下藥盒打開一點，控制吸盤向回轉(zhuǎn)中心的方向移動。第三步：在前吸盤的支架移動到水平方向時，后吸盤的支架上的真空吸盤應吸住藥盒的另一面。第四步：后吸盤的支架相對于前吸盤的支架做等半徑運動從而展開藥盒。第五步：前吸盤支架上的吸盤因釋放真空而放開紙盒。第六步：后吸盤支架上的吸盤松開藥盒，進行下一個循環(huán)。通過上述分析可知，該機構(gòu)采用回轉(zhuǎn)式循環(huán)工作過程為執(zhí)行路線，前后吸盤配合動作運動來完成藥盒開盒過程［3］。如圖2所示，在取盒-開盒機構(gòu)上固定的軸承1和6，通過軸承l(wèi)固定聯(lián)接于槽凸輪2與槽凸輪4上，主動件直齒輪5做勻速的轉(zhuǎn)動。前吸盤的支架11與滑桿3’固定連接，通過槽凸輪2動作，滑桿3’沿著徑向移動。不完全扇形齒輪5’與直齒輪5嚙合，在轉(zhuǎn)盤的帶動下擺桿3繞著軸承l(wèi)旋轉(zhuǎn)運動，同時在槽凸輪4動作下，不完全扇形齒輪5’做反向回轉(zhuǎn)運動，從而使擺桿3暫時停止不動，為真空吸盤吸取藥盒留出一定時間。通過軸承6固定聯(lián)接槽凸輪7，經(jīng)過外部聯(lián)接傳動機構(gòu)帶動擺桿10做勻速反方向轉(zhuǎn)動。連桿8在槽凸輪7作用下，帶動滑塊9與擺桿10沿特定曲線運動，在連桿8的兩端分別聯(lián)接一個滾子與槽凸輪7相接觸。根據(jù)取盒-開盒機構(gòu)的組成與原理，對其運動過程分析如下。圖2所示機構(gòu)運動過程可分解為前吸盤支架11的傳動運動和后吸盤支架12的傳動運動，把它表示為圖3所示的運動簡化圖，可以更好地分析各個構(gòu)件的運動。圖3左側(cè)部分是實現(xiàn)前吸盤的支架11運動的凸輪齒輪的組合機構(gòu)，前吸盤支架11和滑桿3’固定連接。凸輪2和滑桿3’組成從動件滾子凸輪機構(gòu)；擺桿3和滑桿3’組成滑塊機構(gòu)；凸輪4和不完全扇形齒輪5’組成了擺動從動件是滾子凸輪機構(gòu)，直齒輪構(gòu)件5和不完全扇形齒輪5’組成了齒輪機構(gòu)。主動件直齒輪5以勻速3轉(zhuǎn)動，與擺桿3配合成滑塊機構(gòu)的滑桿3’中聯(lián)接著滾子，在凸輪2作用下沿徑向運動，以保證真空吸盤可以到達需要的既定位置。擺桿3上鉸接著的不完全扇形齒輪5’嚙合直齒輪5，另外一端帶著滾子隨槽凸輪4的軌跡運動；當滾子端的軌跡到達凸輪4的第一個回程階段，在與直齒輪5嚙合中，使不完全扇形齒輪5’產(chǎn)生一個可以回轉(zhuǎn)的角位移，使得擺桿3停滯，此時真空吸盤已經(jīng)在凸輪2作用下到達既定位置并開始吸取藥盒；同樣的道理，當滾子端的運動到凸輪4的第二個回程階段，在與直齒輪5的嚙合作用下，使不完全扇形齒輪5’產(chǎn)生一個可以回轉(zhuǎn)的角位移，使擺桿3停滯不動，并配合連桿8的動作，將藥盒完全打開。一系列動作結(jié)束后，真空吸盤放開藥盒，開始下一個循環(huán)。為了便于分析，反轉(zhuǎn)機架構(gòu)件5靜止槽凸輪4做勻速的轉(zhuǎn)動軌跡。齒輪傳動機構(gòu)的主動輪與從動輪的傳動關(guān)系見式（1）：不完全扇形齒輪5’當擺桿3相對靜止時的最大擺動角度見式（2）:其中，。5’是凸輪4的從動件不完全扇形齒輪5’當擺桿3在靜止時的最大擺動角度。。5是擺桿3相對于直齒輪5的最大擺動角度，由于該機構(gòu)在凸輪回程時（即吸盒過程）擺桿3相對靜止，因此。5就是相對應的時段內(nèi)的齒輪5的運動的角度。根據(jù)藥盒打開的要求，確定出不完全扇形齒輪5’在兩個回程段的最大擺動角度。圖3右側(cè)是后吸盤支架12動作的凸輪連桿的組合機構(gòu)，后吸盤支架12與連桿8固定聯(lián)接。凸輪7和連桿8組成了凸輪機構(gòu)，連桿8和滑塊9組成了滑塊機構(gòu)[4]。在該機構(gòu)中主動件擺桿10作勻速轉(zhuǎn)動，在凸輪7升程階段時，后吸盤支架上的吸盤吸取藥盒，同時在擺桿10的帶動下，連桿8水平向沿凸輪7的軌跡運動，并配合暫時靜止的滑桿3’，把藥盒完全打開。吸盤凸輪7在升程階段時的運動軌跡見下式：上式中r為紙盒的高度，。是藥盒錯動的轉(zhuǎn)角(300°<0<1350°),a=300時是吸盤離回轉(zhuǎn)中心的水平方向距離。根據(jù)既定的機構(gòu)循環(huán)路徑，選用適合從動件運動的規(guī)律，從而設(shè)計出凸輪4的輪廓軌跡曲線。根據(jù)吸盤和紙盒架，吸盤和擋板及傳動帶間相對位置，可知滑桿3’的位移路線圖。根據(jù)可行的從動件的運動規(guī)律，同理設(shè)計出凸輪2輪廓的曲線。根據(jù)后吸盤的支架上吸盤的運動路線，設(shè)計凸輪7的輪廓圖。由凸輪控制該機構(gòu)的整個動作行程。機構(gòu)最核心的構(gòu)件為凸輪2、凸輪4和凸輪7。所以詳細地設(shè)計凸輪輪廓線能保證機構(gòu)的位置精確度與機構(gòu)在高速時運動的性能。在不改變機構(gòu)運轉(zhuǎn)速度的前提下，為了機構(gòu)的效率提高，設(shè)計在直齒輪5的周向均布4套相同的單元，用凸輪2、4和7控制，按順序可完成紙盒的展開過程，既提高機構(gòu)的效率還能保證機構(gòu)的運行穩(wěn)定性。在本文設(shè)計的取盒-開盒機構(gòu)中，最關(guān)鍵的機構(gòu)是凸輪機構(gòu)。凸輪機構(gòu)在機械設(shè)計中是最常用的機構(gòu)之一，它設(shè)計簡單，機構(gòu)緊湊性好，控制定位準確，機械性能穩(wěn)定，維護保養(yǎng)簡便，適應性強，在與其他機構(gòu)配合時能實現(xiàn)復雜的運動路徑。鑒于凸輪機構(gòu)的突出的特點，在自動化機床、輕工機械和包裝機械等機電一體化產(chǎn)品中應用十分廣泛。凸輪機構(gòu)是由凸輪、從動件與機架組合而成的傳動機構(gòu)，如圖4。凸輪是具有一定的曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，在運動時，通過構(gòu)件之間的高副接觸能設(shè)計出預期的使從動件得到連續(xù)或不連續(xù)的往復運動。凸輪機構(gòu)常以凸輪作原動件，其運動軌跡主要是連續(xù)轉(zhuǎn)動，也有往復擺動或者往復移動的。根據(jù)不同機器工作性能的要求，也可把凸輪和機架固定聯(lián)接起來，把與凸輪從動件以運動副聯(lián)接的構(gòu)件作為原動件。本文中的由擺桿3、凸輪4、直齒輪5以及不完全扇形齒輪5’組成的組合凸輪機構(gòu)。其機構(gòu)示意圖如圖5(a)所示。該組合凸輪機構(gòu)是行星輪機構(gòu)和擺動滾子的從動件凸輪機構(gòu)組合而成的[5](凸輪機構(gòu)從動件的運動就是該機構(gòu)的輸出運動，其規(guī)律與特性直接影響凸輪機構(gòu)的運動與機械性能)。其中行星輪機構(gòu)是由擺桿3、直齒輪5以及不完全齒輪5’構(gòu)成的，凸輪機構(gòu)是不完全扇形齒輪5’和凸輪4組成的。如圖5(b)所示，該機構(gòu)的凸輪分為8個工作段：回程階段AD、靜止階段DE、升程階段EF、靜止階段FG、回程階段GJ、靜止階段JK、升程階段KL以及靜止階段LA?；爻屉A段需要根據(jù)機構(gòu)的具體要求來設(shè)計，而在不同的升程階段采用的擺線運動規(guī)律，而其運動規(guī)律的加速度因為是連續(xù)不斷的，因而不存在沖擊現(xiàn)象。在設(shè)計組合凸輪機構(gòu)時，根據(jù)機構(gòu)的整體尺寸以及工作特點，具體選定初始尺寸：5對行星輪機構(gòu)，取模數(shù)m，直齒輪5的齒數(shù)Zs,不完全扇形齒輪的齒數(shù)Z5，則行星架即擺桿3的長度可以確定。對凸輪機構(gòu)，取凸輪上圓弧段FG和LA的半徑均為r,凸輪擺桿長度即不完全扇形齒輪5’上軸心到滾子中心的距離取為L,中心距即為擺桿3的長度：a=L。該機構(gòu)是靠吸盤內(nèi)真空的通斷來吸取和放開紙盒的。在機構(gòu)運行過程中，有兩段時間里擺桿3是靜止不動的，其中一段是在機構(gòu)從放盒架上吸取藥盒的位置，另一段是在滑桿3’和連桿8相對錯動的位置，以保證紙盒打開。機構(gòu)在吸取藥盒時，因為前吸盤支架11和滑桿3’相連并暫時靜止不動，為吸盤內(nèi)部真空的形成保證了時間；同時，當擺桿3移動到達吸取紙盒的位置時，吸盤與藥盒緊貼，因為前吸盤支架靜止不動，所以在機構(gòu)吸取紙盒時，吸盤可以始終保持貼緊紙盒，機構(gòu)就能夠穩(wěn)定地完成藥盒的吸取動作。機構(gòu)在運行過程中，紙盒的打開是因為分別吸取紙盒兩面的前吸盤支架11與后吸盤支架12間的相對運動來實現(xiàn)的，因為兩吸盤的支架相對運動的軌跡與紙盒自然打開的運動軌跡完全一致，所以在藥盒打開過程中，盒子受力很小，藥盒不容易從真空吸盤上脫落，機構(gòu)能夠比較穩(wěn)定地實現(xiàn)紙盒打開動作。本文詳細分析了高速自動裝盒機的取盒-開盒機構(gòu)的工作原理。以凸輪-齒輪組合機構(gòu)作為核心機構(gòu)，保持前吸盤支架和滑桿相對靜止不動，行星輪上聯(lián)接擺動滾子作為凸輪機構(gòu)的從動件，在凸輪與中心輪的作用下能實現(xiàn)行星架滿足〃運動一停止——運動一停止”的運動要求，而相對靜止狀態(tài)可為吸盤吸取紙盒留出足夠的時間。本機構(gòu)為保證自動裝盒機在高速下取盒-開盒的穩(wěn)定性問題，避免在高速運轉(zhuǎn)過程中易出現(xiàn)的沖擊現(xiàn)象提出了組合凸輪機構(gòu)的研發(fā)方案。【相關(guān)文獻】[1]浦紹俊