多頭數控涂膠機的設計

常 城

（北京信息科技大學 機電工程學院，北京 100192）

0 引言

當今社會，移動通訊迅猛發展，手機已經成為人們現代生活必需的通訊工具。有資料顯示，全國手機持有量已經超過11 億部，而且這個數字還在不斷刷新。手機除了基本的通話功能之外，現在的智能手機還擁有了多媒體播放、高速網絡瀏覽、照相等功能，滿足人們的多種娛樂需求，大大的豐富了人們的生活。各大廠商也在努力提高手機的質量和性能，使手機擁有了更輕巧的機身、更多的用戶體驗、更豐富實用的功能。比如現在的手機要求有悅耳的鈴聲，播放MP3 音樂時還要能聽到動聽的音樂。但在手機內部芯片上安裝的揚聲器發出的聲音要么變音，要么音質尖銳，不能滿足這樣的要求。為了實現此功能，有些廠商用一個小的共鳴箱殼體將揚聲器密封在手機內部，通過共鳴箱對聲音的處理，使手機發出的鈴聲或音樂更加悅耳和動聽。

共鳴箱殼體和手機殼體之間要嚴格密封，以防出現雜音。所以，在共鳴箱殼體邊緣處要涂上一層密封膠?，F在涂膠的方法主要是工人手工操作，但點膠質量不穩定、效率很低、尤其勞動力成本很高，降低了企業效益。針對這樣的問題，我們設計制造了多頭數控涂膠機，很好的解決了上述問題。

1 多頭數控涂膠機總體設計

1.1 多頭數控涂膠機應滿足的基本要求

多頭數控涂膠機用于手機共鳴箱殼體邊緣處涂膠生產，見圖1 所示。主要應滿足： ①多頭數控涂膠機的精度要求不是很高，能按照手機共鳴箱殼體邊緣曲線，出膠針頭自動移動相應的軌跡，且在移動過程中控制出膠，并保證出膠量均勻；②可以同時對多個共鳴箱殼體涂膠，以提高生產效率；③應具有較高的使用壽命和較低的制造成本；④造型應簡潔明快、美觀大方、使用方便可靠。

1.2 多頭數控涂膠機總體方案設計

圖1 共鳴箱殼體及黑色密封膠

在充分調研的基礎上，我們擬定了幾個方案。并從工藝分析、主要參數、總體布局、傳動系統、數控系統、電氣系統以及技術經濟等方面進行了分析、論證。最后統一了認識，確定了最終的方案。

（1）多頭數控涂膠機的總體布局設計?？傮w布局設計就是指各部件間的相對運動和相對位置關系，并使涂膠機具有協調優美的造型。合理的確定涂膠機總體布局，可以使涂膠機滿足基本要求，還可以使機械結構更加簡單、合理、經濟、耐用。

在總體布局設計上，我們力求結構簡單、操作方便、膠頭運動更加直觀、結構剛度高以及動態性能好等。因此我們采用了龍門數控機床的布局，如圖2 所示多頭涂膠機的整體結構。數控系統采用三軸聯動的銑床數控系統。

圖2 多頭涂膠機的整體結構

（2）出膠方案設計。膠筒類似于一個注射器，前端接有出膠針頭，膠筒中的活塞運動可以將液體膠通過針頭擠出。而膠筒中活塞可以由壓縮氣體推動，用簡單的氣動系統實現，原理圖如圖3?？梢岳脭悼叵到y中控制切削液的指令M08（切削液開）和M09 （切削液關）來控制氣動系統中電磁閥的工作，調壓閥可以調節氣體壓力，氣壓表可以顯示壓力的大小。

（3）數控涂膠機主要技術參數的確定。數控涂膠機主要技術參數包括尺寸參數、運動參數和動力參數等。①尺寸參數： 尺寸參數是影響涂膠機性能和結構尺寸的主要參數。設計時力求結構緊湊、小巧，確定整體尺寸為（1000×800×600）mm，占地小，可以充分利用生產面積；②運動參數： 運動參數是指執行件 （出膠頭） 成形運動的速度?？紤]到涂膠機只要求出膠頭運動出共鳴箱殼體邊緣曲線軌跡即可，且在運動過程中，幾乎不用考慮任何外力作用，所以采用直流步進電機作為執行裝置，并分別與X、Y、Z 向滾珠絲杠直連，以減少傳動誤差，縮短傳動鏈；③動力參數： 主要指電動機功率及扭矩等參數。X、Y、Z 三個進給方向分別采用獨立的步進電機驅動，且無需考慮外載荷，選擇電動機功率及扭矩時，只需計算空載功率即可。

圖3 出膠氣動系統原理圖

2 數控涂膠機的數控系統與伺服系統的選擇

數控系統是數控裝置實現自動生產的核心，主要由操作系統、主控制系統、可編程控制器、各類I/O 接口等組成。數控涂膠機的整體結構類似于龍門銑床，涂膠生產時，用出膠針頭代替刀具，實現二維的運動軌跡即可。依據這樣的要求，我們選用了三軸聯動的國產銑床數控系統。該系統可控三個坐標軸： X、Y、Z。三軸直線插補、二軸圓弧插補，編程更方便；中英文顯示界面；參數編程功能，可滿足特殊需求等。滿足我們作為數控涂膠機的數控系統的要求，且價格較合理。

通過計算和分析，伺服系統選擇了兩相混合式步進電機及步進驅動器。步進電機具有較好的定位精度，無漂移和累計定位誤差，能跟蹤一定頻率范圍的脈沖列。步進電機伺服系統沒有反饋檢測環節，是典型的開環控制系統，既滿足了伺服控制的需要，也滿足了降低成本的要求。步進電機的運行性能不僅與電機本身特性、負載有關，而且與其配套使用的驅動電源有著密切的關系。步進電機的運行性能是步進電機和驅動電源的綜合結果，選擇性能良好的驅動電源對于發揮步進電機的性能是十分重要的。

3 多頭數控涂膠機機械結構設計

3.1 多頭數控涂膠機本體的設計

多頭數控涂膠機主要用于涂膠生產，在加工過程中沒有或很小的運動阻力，本體對剛度和強度的要求并不是很高。因此涂膠機的本體采用工業鋁型材搭建而成，包括工作臺、立柱、橫梁等，都選用不同類型和規格的工業鋁型材組裝，見圖4。

工業鋁型材具有很高的精度，如在5700mm 范圍內，鋁型材的交線及槽線的平行度不大于±0.05mm，在300mm 長度內直線度不大于±0.3mm，在2000mm 長度內直線度不超過±1.5mm，在2000mm 長度內扭曲度最大為1.5mm。工業鋁型材表面經過氧化后，外觀非常漂亮，且耐臟，一旦涂上油污非常容易清洗。組裝成產品時，根據不同的承重采用不同規格的型材，并采用配套鋁型材配件，不需要焊接，較環保，而且安裝、拆卸，輕巧便于攜帶、搬移極為方便。

圖4 多頭數控涂膠機整機實物

3.2 傳動零部件的設計與選擇

涂膠機的傳動系統是將伺服電機的旋轉運動變為工作臺直線運動的整個機械傳動鏈，主要包括絲杠、導軌等零部件。為保證數控裝置的傳動精度和工作平穩性，零部件應具有較高的傳動精度、較快的響應速度、較高的傳動剛度、較小的摩擦力，以及較高的穩定性、壽命長、使用維護方便等要求。

絲杠選用了滾珠絲杠螺母副。它具有傳動效率高、運動平穩無爬行、無軸向間隙、使用壽命長以及維護方便等特點。

導軌選用了直線滾動導軌。它除了導向外還能承受顛覆力矩，其制造精度高，可高速運行，并能長時間保持精度，通過預加負載可提高剛性，具有自調的能力，安裝基面允許誤差大，維護方便簡單，壽命長等特點。

4 結束語

多頭數控涂膠機是集機、電、氣動和數字控制為一體的高新技術產品?，F該機已用于生產，大大的提高了共鳴箱殼體密封膠的涂膠效率、質量和穩定性，大大減少了操作工人數量，節約了人工成本。數控涂膠機還可以廣泛用于其他輕工等行業的涂膠或點膠自動化生產。

[1] 楊黎明，等. 機械設計簡明手冊[M]. 北京：國防工業出版社，2008.

[2] 鄧則名，程良倫，謝光汗. 電器與可編程控制器應用技術[M]. 北京：機械工業出版社，2008.

[3] 韓秋實. 機械制造技術基礎[M]. 北京：機械工業出版社，2005.

[4] 林文坡. 氣動傳動及控制[M]. 陜西：西安交通大學出版社，1992.

[5] 王孝華，等. 氣動元件及系統的使用與維修[M]. 北京：機械工業出版社，1996.

[6] 陸鑫盛. 氣動元件[M]. 北京：機械工業出版社，1991.

[7] 孫志永，等. 數控與電控技術[M]. 北京：機械工業出版社，2002.