全自動胸章制作臺的設計與研究

河南省濟源市質量技術監督局 李亞娟

桂林電子科技大學 機電工程學院 郭魏源

在胸章制作過程中，經常遇到小型平板類的半成品。生產時工人常需用手或手持工具把板件送入模具工作區。由于沖壓力度較大，經常會出現工人手指受損，這就給沖壓的安全生產帶來隱患。若沖壓事故使工人手指折斷，這不僅給工人帶來身體上的損毀，而且會增加制作成本，降低工作效率。為了避免這些不必要的損失，提高工作效率，需要將胸章制作機改進為全自動的胸章制作臺。本文，筆者介紹了一種全自動胸章制作臺。按照設計要求給出了工作臺的結構設計，包括外形設計、各零件的尺寸。該工作臺改進了胸章的制作過程，可以有效地提高工作效率和降低工作風險。

一、設計要求

實現胸章制作過程的全自動化，8 h工作制條件下的單機每個工作日產量為5 000左右，即每分鐘要完成10個左右。將工作效率定為每個需時4s，即每個工作日的單機產量約為7 200個。

二、轉盤機構和下料機構設計

轉盤機構的工作任務是調節轉盤上的下半部分模具的運動和靜止狀態、配合送料機構和上半部分模具沖壓、成品的下料。要實現設計要求，則轉盤的轉速設定為5 r/min。轉盤機構的驅動可以選取適當的電動機，經過減速器降至5 r/min的轉速，從而帶動轉盤機構工作。轉盤通過不完全齒輪實現間歇運動，從而調節轉盤上的下半部分模具的運動和靜止狀態。轉盤的停動狀態如圖1所示。

圖1 轉盤停動狀態

以開始送料為初始時間，一個工作循環的工步安排如下：0～4/3 s上下片下料，2～10/3 s切膜制成上片半成品，4～16/3 s吸嘴吸起上片半成品，6～22/3 s吸嘴放下上片，8～28/3 s上下片沖壓成成品，10～34/3 s下料；其余時間為轉盤運動時間。

由轉軸帶動不完全齒輪轉動，實現嚙合齒輪的間歇運動，與其嚙合的齒輪與轉盤在同一根軸上，從而也就實現了轉盤的間歇運動，進而下半部分模具同時也具有了運動和靜止狀態。轉盤在靜止的狀態時，送料機構、切膜機構、沖壓機構、下料機構完成各自的任務。每個工位有2 s 的工作時間，轉盤的工位如圖2所示。

圖2 轉盤工位

整個工作過程：首先上下片送料機構同時開始送料，2 s后上片到達切膜沖壓工位從而制成上片半成品，2 s后上片到達下一工位被吸起，2 s后下片到達被吸起的上片正下方，上片被放下。與此同時，送料機構重新開始送料，即下一個工作過程開始。2 s后到達沖壓處，上下片沖壓成成品，2 s后到達下料處，成品被推出模具槽。然后循環工作過程。

成品的下料是利用曲柄滑塊機構將成品推出模具槽。由轉軸帶動輪的轉動，從而帶動桿與滑塊上下運動。滑塊向上運動至頂端過程將成品頂出，由于擋板的作用，成品沿下料處滑下，從而實現了成品的下料。

三、帶別針下片原料的送料機構設計

1.工作原理。送料機構的工作任務是將胸章下片平穩準確地送至定位工位，胸章下片的形狀為圓形，并且帶有別針。胸章下片的提供方式為成摞疊放在供料桶中。供料桶由直徑稍比下片直徑大的空心圓筒組成，其下限位比下片的厚度大2 mm。下片的供送為水平供送，供料桶正下方為剪刀式夾緊定位機構，剪刀式夾緊定位機構的下方是送料槽，當剪刀張開時，別針方向已經確定的胸章下片落入送料槽后，推槽送料機構做水平直線往復運動將蓋送至轉盤的下片模具中。供料機構結構如圖3所示。

剪刀式夾緊機構固定在支撐槽上，它的前端部分完成夾緊定位工作，此結構通過凸輪的運轉使剪叉的閉合和打開達到夾緊和松開別針的目的，并和支撐槽配合的推料滑板部分實現胸章下片的推料送料。與胸章下片別針接觸部位為推料滑板的突起的8 mm 部分，從而確保了胸章下片在送料過程中保持平穩，不偏移。

圖3 下片送料機構

2.支撐槽外形設計。支撐槽尺寸左側長為160 mm 寬為85 mm，此部分用于支撐剪子定位下片別針后停放別針部分，往右側長為200 mm 寬為85 mm，多加了支撐剪子的部分，接下去的是支撐剪子四邊部分，所以設置比左側要寬，寬為100mm，作為固定剪刀定位機構的槽帶厚為8 mm。為了節省材料留給推料槽部分僅為200 mm 長，剩下的僅起到固定刀定位機構即可，長為120 mm，厚度為8 mm。

3.推料滑板的設計。完成定位后，推料滑板將胸章下片送至下模。推料滑板的長度為200 mm。推料滑板做水平直線往復運動可以實現胸章下片的供料。推料滑板為上高為8 mm 寬5 mm，下高為12 mm寬69 mm，其中上部分推動別針而達到推送胸章下片的目的，其結構如圖4所示。

圖4 支撐槽及推料滑板

推料滑板沿導軌向前運動，支撐槽前端應與下模具平齊，下片模具與軌道前端接觸部分應開一個推料滑板可插入模具之中的接口，確保下片可順利進入模具內。接著推料槽返回原位，繼而進行下一個推程，推動下一個胸章下片向前移動。

4.剪刀式夾緊機構設計。當送料機構開始推程運動時，剪刀式夾緊機構首先進行夾緊定位，在剪刀式夾緊機構的剪子部位完成夾緊別針定位和剪子松開使別針定位好，達到方向已定的下片在支撐槽中，等待推料滑板將下片推入下模具中，夾緊機構完成一個夾緊動作，然后剪子松開讓下片落入支撐槽，其結構如圖5所示。

為使機器結構緊湊，同時要確保能夠夾到別針，剪子部分長度為100 mm，為胸章下圓片直徑的2.5 倍。四邊形部分長度分別為150 mm和47.66 mm，這二者長度的確定是為使長度變化適宜，剛好可以在同一直線上設置凸輪，減少占用空間。夾緊和松開剛好為滑塊的最遠位置和最近位置，兩個極限位置之間的距離為23 mm，由于變化距離太短，為了使凸輪便于設計，須將行程通過連桿放大，連桿長度為69 mm，凸輪的基圓直徑設為40 mm。

圖5 剪刀式夾緊定位機構

5.機構的運動形式分析。胸章下片送料機構的傳動機構采用曲柄滑塊機構，這種機構可以將旋轉運動轉變為往復直線運動，在胸章下片的送料機構傳動上采用這類機構，適當的選擇曲柄搖桿參數便可實現平穩送料動作。為了結構緊湊，節省空間，傳動平穩，保證精度，對兩個曲柄滑塊機構進行行程的放大和縮小，便于對凸輪進行設置和選擇。和推料滑板相連的曲柄滑塊機構進行縮小了4倍，凸輪的行程差h（40 mm）是推料滑板行程s（160 mm）的1/4。便于凸輪的設計。和剪刀式夾緊定位機構相連的曲柄滑塊機構進行放大了1.74倍，凸輪的行程差h（40 mm）是剪刀式夾緊定位行程s（23 mm）的1.74。

四、金屬上片原料的送料機構設計

上片的送料直接用空間凸輪機構來推動送料桿來回運動達到送料目的，機構運動簡圖如圖6所示。為配合好轉盤的工作，控制好凸輪的轉速以及休止角、推程角、回程角的分配比例即可達到控制分配各段時間的目的。

圖6 送料機構

五、薄膜切割及沖壓機構設計

薄膜切割及沖壓過程較為簡單，可直接將手動的制作器改為受控型的裝置。本節將介紹受控裝置的薄膜帶狀原料的處理工作過程的時間分配問題。轉盤的周期是12 s。經分析，一個成品制成過程由切膜和印模、吸起上片半成品、上下片合并3個工序組成，分配給每個工序操作時間為2 s。由此可以看出每個工位的循環工作時間為4 s。切膜工位在前2 s完成切模沖壓過程，后2 s 靜止。下一工位，前2 s 吸起上片半成品，后2 s 放下。沖壓工位前2s完成沖壓動作，后2 s靜止。

綜上，本文，筆者提出了一種全自動胸章制作臺的設計系統。該工作臺改進了在實踐過程中的胸章制作過程，有效地提高了工作效率。工人在實際操作過程中，只需要將原材料放入料斗中，然后再收集成品即可，大大降低工作風險。隨著我國勞動力成本的提高，自動化的過程符合降低成本的需要，相信本設計會對胸章制作企業有所幫助。