環(huán)形止回管自動(dòng)裝配方案設(shè)計(jì)

龔 民，劉 佳，張麗英

（沈陽理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，沈陽 110159）

0 引言

裝配是指按規(guī)定的技術(shù)要求將零件或部件進(jìn)行組配和連接，使之成為半成品或成品的工藝過程。在零件裝配過程中，常常會(huì)遇到環(huán)形零件與管類零件之間的裝配，雖然這類裝配并不復(fù)雜，但是由于缺乏有效的裝配方法和工具，使得對(duì)于這類零件的裝配只能采取手工裝配或是以手工裝配為主并借助一些輔助機(jī)械裝置的半自動(dòng)裝配。手工裝配和半自動(dòng)裝配會(huì)因人工疲勞、疏忽、情緒等因素的影響而造成產(chǎn)品質(zhì)量的缺陷或不穩(wěn)定，不僅裝配效率低、質(zhì)量差，而且還不安全。因此，發(fā)展自動(dòng)裝配尤為重要。

1 制備管過濾器及環(huán)形止回管簡(jiǎn)介

過濾實(shí)驗(yàn)是生物實(shí)驗(yàn)中常做的實(shí)驗(yàn)，如血基因組DNA分離實(shí)驗(yàn)、基因組DNA分離實(shí)驗(yàn)等。制備管過濾器[1]在過濾實(shí)驗(yàn)中起到洗滌、洗脫和過濾作用，制備管過濾器由制備管管體，過濾膜和止回管裝配而成，其組成如圖1所示。

環(huán)形止回管是制備管過濾器中的零件，如圖1中所示，當(dāng)環(huán)形止回管被推送到制備管管體下端時(shí)，由于它們之間是過盈配合，所以止回管便會(huì)卡緊在制備管下端，其主要作用是將過濾器中的過濾膜壓緊，防止過濾膜脫落，環(huán)形止回管具體尺寸如圖2所示。

圖1 制備管過濾器組成圖

圖2 環(huán)形止回管外形尺寸圖

2 制備管過濾器的自動(dòng)裝配過程

制備管過濾器組成簡(jiǎn)單，其裝配步驟也相對(duì)較少。制備管首先由自動(dòng)上料機(jī)上料，經(jīng)隔料裝置后被送入傳送帶上的隨行卡具中；卡具夾緊，傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)，將工件輸送到過濾膜沖裁裝配工位進(jìn)行過濾膜填裝；過濾膜裝配好后，工件被輸送到止回管裝配工位，由機(jī)械裝置將止回管填裝并壓緊；最后，裝配好的制備管過濾器經(jīng)過檢測(cè)后卸料[2]。

3 環(huán)形止回管自動(dòng)裝配方案

在自動(dòng)裝配線中以往的裝配方法通常是利用機(jī)械手首先對(duì)待裝配零件進(jìn)行拾取，然后機(jī)械手將工件送到指定位置，與裝配件中心對(duì)齊后把零件裝配進(jìn)去[3]。這種裝配方法雖然可以很好的完成零件裝配，但是機(jī)械手和裝配線的設(shè)計(jì)制造成本較高，對(duì)于像制備管過濾器這種簡(jiǎn)單裝配來說是沒有必要的。

3.1 止回管裝配過程中出現(xiàn)的問題

要實(shí)現(xiàn)止回管的自動(dòng)裝配，首先要解決止回管如何準(zhǔn)確裝入制備管管體的問題。當(dāng)止回管被自動(dòng)上料后，儲(chǔ)存在儲(chǔ)料管內(nèi)。假設(shè)使止回管單個(gè)由料道內(nèi)靠自身重力垂直落入制備管中，則會(huì)出現(xiàn)如下問題，如圖3(a)所示。制備管內(nèi)壁與豎直方向成1°夾角，最上端尺寸為φ7.91mm，最下端為φ7.2mm，中間段尺寸在φ7.2mm～φ7.91mm之間。在止回管下落過程中，由于工件的錐度誤差，摩擦阻力的不一致性，導(dǎo)致工件偏轉(zhuǎn)，當(dāng)其對(duì)角與制備管側(cè)壁接觸時(shí)，就要在接觸處產(chǎn)生一個(gè)反作用力，該力與工件重力構(gòu)成了一個(gè)力矩，使工件繞中心點(diǎn)有轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)[3]。

圖3 止回管填裝中的問題

圖3(a)所示的位置，止回管對(duì)角線尺寸等于制備管在此位置時(shí)的直徑，設(shè)該直徑為dm由圖可以算出：

當(dāng)制備管直徑大于dm，即在dm段以上時(shí)止回管在下落過程中將有可能翻轉(zhuǎn)，如圖3(b)中所示情況，當(dāng)這兩種情況發(fā)生時(shí)，再施加外力壓緊將會(huì)把止回管擠壓變形甚至壓壞。

3.2 止回管卡緊沖壓裝配方案

為防止止回管在裝配時(shí)翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)止回管分料并進(jìn)行自動(dòng)裝配，采用了如圖4所示方案對(duì)止回管進(jìn)行自動(dòng)裝配。

圖4 止回管自動(dòng)裝配方案

如圖4(a)所示推料板帶動(dòng)儲(chǔ)料管內(nèi)的止回管一起水平向右運(yùn)動(dòng)，圖4(b)中卡料盒右側(cè)的彈簧被壓縮，滑塊在向右運(yùn)動(dòng)一段距離后被擋板擋住。在彈簧力的作用下，止回管在沖頭的正下方被夾住，在圖4(c)沖頭向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)止回管被填裝進(jìn)制備管中并壓緊[4]。

3.3 止回管在裝配過程中的運(yùn)動(dòng)分析

如圖5(a)所示，當(dāng)止回管被夾緊且未脫離卡料盒時(shí)，止回管在豎直方向除了受自身重力外，還受到?jīng)_頭施加的向下的沖壓力F和向上的摩擦力f，此時(shí)沖頭以加速度ac向下運(yùn)動(dòng)，ac=（F+Mg）÷M，M為沖頭自身重量，在沖頭的作用下，止回管和沖頭一起運(yùn)動(dòng)，ac=ay；當(dāng)止回管剛剛脫離卡料盒時(shí)，如圖5(b)所示，摩擦力f突然消失，此時(shí)止回管將會(huì)以大于沖頭加速度ac的速度向下運(yùn)動(dòng)，從而脫離沖頭，但當(dāng)止回管脫離沖頭后所受的沖壓力F消失，其加速度又減小到重力加速度g，而沖頭由于受到重力和沖壓力F，其加速度大于重力加速度g，在下落過程中與止回管會(huì)再次相遇，從而帶著止回管下落，將止回管填裝進(jìn)制備管中[5]；即使在下落過程中沖頭受到阻力使其加速度小于重力加速度g，即速度小于止回管下落速度，但在沖頭與止回管一起下落過程中，沖頭與止回管之間的距離會(huì)很小，止回管有翻轉(zhuǎn)趨勢(shì)時(shí)，沖頭會(huì)立即將其糾正過來，保證止回管的正確裝配[6]。

圖5 沖頭及止回管加速度

3.4 止回管自動(dòng)分料的實(shí)現(xiàn)

采用這種填裝方案，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)止回管的分料，如圖6所示。

圖6 止回管分料過程

當(dāng)圖6(a)中推料板水平向右運(yùn)動(dòng)時(shí)最下端的止回管被推向右側(cè)，同時(shí)上面的止回管在重力作用下落到推料板上，止回管被沖下填裝后，推料板向左退回到原始位置[7]，如圖6(b)所示，止回管落到低端水平面上。重復(fù)圖6(a)、6(b)的過程，止回管被一個(gè)一個(gè)的送進(jìn)并被填裝。采用這種裝配方案，實(shí)現(xiàn)了止回管的分料并精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝配。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的止回管自動(dòng)裝配方案，解決了止回管在自動(dòng)裝配過程中出現(xiàn)繞中心旋轉(zhuǎn),傾斜和豎直落入制備管中的問題，實(shí)現(xiàn)了止回管自動(dòng)分料及裝配，同時(shí)也簡(jiǎn)化了止回管自動(dòng)裝配的機(jī)械結(jié)構(gòu)、節(jié)省了成本和空間。本設(shè)計(jì)方案不僅適用于止回管的自動(dòng)裝配，而且還適用于其它類似零件的裝配,如軸承的裝配、圓形卡簧的裝配等。

[1] 李考真, 任樹海, 王俊禮.有機(jī)制備實(shí)驗(yàn)微型化研究[J].聊城師院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 1996, 9(1).

[2] 李春書, 崔根群, 李迅, 彭商賢.產(chǎn)品裝配順序規(guī)劃方法的研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì), 2002, 7(9).

[3] 胡海清, 劉雪雪.PLC與自動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù)[M].北京: 北京理工大學(xué)出社, 2010.

[4] 姜華, 周濟(jì), 王春和, 余俊.機(jī)械裝配設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)[J].華中理工大學(xué)學(xué)報(bào), 1997, 25(4).

[5] 徐云慶, 盛小明.基于氣動(dòng)機(jī)械手的零件自動(dòng)化柔性裝配設(shè)備[J].蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)(工科版), 2009, 29(4).

[6] 周健東.四項(xiàng)微動(dòng)開關(guān)自動(dòng)裝配設(shè)備設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造, 2010, 6(6).

[7] 陳國華.機(jī)械機(jī)構(gòu)及應(yīng)用[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2008.