全自動(dòng)雙液精密微量點(diǎn)膠裝置設(shè)計(jì)

摘 要：利用阿基米德原理（一個(gè)容器里面存滿液體，當(dāng)有外部物體進(jìn)入的時(shí)候，液體流出的體積等于外部物體進(jìn)入的體積），設(shè)計(jì)一種獨(dú)特的出膠方案，由伺服控制各一根細(xì)長(zhǎng)光桿，伸入存滿不同膠水的儲(chǔ)膠筒，將里面的膠水按照細(xì)長(zhǎng)光桿伸入的體積1：1從出膠口擠壓出來(lái)，并充分混合，實(shí)現(xiàn)雙液精密微量點(diǎn)膠。

關(guān)鍵詞：阿基米德原理；雙液精密微量點(diǎn)膠；細(xì)長(zhǎng)光桿；伺服控制；自動(dòng)補(bǔ)膠

引言

雙液點(diǎn)膠[3]，俗稱AB點(diǎn)膠，通過(guò)兩個(gè)各自獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)的出膠裝置，對(duì)雙組份膠水進(jìn)行自動(dòng)化配比，經(jīng)過(guò)某種方式攪拌混合，定量出膠，固化的一種操作。在電子通訊和汽車制造等行業(yè)里廣泛應(yīng)用，但對(duì)點(diǎn)膠量精度和自動(dòng)化程度有較高要求，其中喇叭行業(yè)中使用AB膠進(jìn)行振膜與支架粘固，AB膠點(diǎn)膠量大約為80毫克，混合比例為1：1，在行業(yè)里稱為精密微量點(diǎn)膠。我們先來(lái)了解目前傳統(tǒng)或曾經(jīng)使用過(guò)的幾類機(jī)械點(diǎn)膠裝置并對(duì)各機(jī)械點(diǎn)膠裝置進(jìn)行相關(guān)的理論分析對(duì)比。

第一個(gè)為氣動(dòng)模式：時(shí)間+壓力型點(diǎn)膠[1]，通過(guò)壓縮空氣將儲(chǔ)膠筒膠水壓出，調(diào)節(jié)出膠時(shí)間，來(lái)控制出膠流量，點(diǎn)膠精度較高。行業(yè)里面普遍使用兩個(gè)獨(dú)立的兩套點(diǎn)膠機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)AB膠的各自的流量。在一般需要點(diǎn)膠的工位上，出膠流量較大的范圍里，使用非常普遍，其表現(xiàn)尚可。而在微量點(diǎn)膠時(shí)，缺點(diǎn)就暴露無(wú)遺，精度不足。影響點(diǎn)膠定量精度的因素很多，比如空氣本身的可壓縮性、儲(chǔ)膠筒內(nèi)膠體容量、膠體粘度、膠體溫度等，當(dāng)混合的過(guò)程中，混合管內(nèi)的相對(duì)死角，殘留硬化膠水體積會(huì)不斷的變化，都會(huì)阻礙膠水的正常流通，惡性循環(huán)；

第二個(gè)是傳統(tǒng)機(jī)械的活塞注射方式：與針筒注射器原理一樣，使用螺桿（或壓縮空氣）推動(dòng)活塞前進(jìn)時(shí)，膠水從出膠口流出，由于活塞直徑大，只要活塞有細(xì)微的位移，則膠筒的容積變化大，無(wú)法滿足微量點(diǎn)膠工作狀態(tài)；

第三個(gè)齒輪泵：由一對(duì)嚙合齒輪、泵體、前后蓋組成封閉空間，當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，吸入腔空間由小變大，形成真空，將液體吸入，排出腔嚙合側(cè)的空間體積卻由大變小，將液體擠出，形成工作容積變化來(lái)輸送液體。雖然精度高，但零件都比較精密，在更換不同廠家的膠水或日常保養(yǎng)清潔時(shí)，非專業(yè)人士難于進(jìn)行，同時(shí)，從其基本原理來(lái)看，實(shí)質(zhì)是個(gè)間歇運(yùn)動(dòng)，排量以旋轉(zhuǎn)一圈為基數(shù)，在其一圈和旋轉(zhuǎn)過(guò)程，其出膠量是不斷變化的，對(duì)微量點(diǎn)膠在毫克范圍仍難于控制；

第四個(gè)是噴射閥：采用噴射點(diǎn)膠實(shí)現(xiàn)噴射的方法是快速的打開和關(guān)閉噴嘴[2]，這類噴射器其噴射頻率高，在閥桿與噴嘴貼合時(shí)，噴射閥處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)噴射閥中流體處于相對(duì)較大的壓力下，然后打開噴嘴，一束流體在壓力驅(qū)動(dòng)下從噴嘴迅速流出，然后關(guān)閉噴嘴，快速的關(guān)閉將使流體切斷。但當(dāng)碰到殘留硬化膠水阻塞時(shí)，氣壓無(wú)法自動(dòng)調(diào)節(jié)，那出膠量也必受影響。

事實(shí)在生產(chǎn)中，以上幾類機(jī)械點(diǎn)膠裝置可以說(shuō)不適合在AB膠精密微量點(diǎn)膠上使用，出現(xiàn)的問(wèn)題主要集中有出膠量質(zhì)量誤差，出膠時(shí)間無(wú)法與工藝時(shí)間同步，膠水比例不均勻，不固化，所以，為了實(shí)現(xiàn)上述目的設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)單有效的裝置，使裝置實(shí)際測(cè)試的最大出膠量誤差僅為±1mg。

1 結(jié)構(gòu)

作者設(shè)計(jì)如圖1由機(jī)、電、氣、液一體組成的自動(dòng)化裝置，以下簡(jiǎn)稱為雙液精密微量點(diǎn)膠：

（1）自動(dòng)補(bǔ)膠系統(tǒng)（由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)）有A膠B膠各1個(gè)儲(chǔ)膠筒16、單向閥4、連通氣管組成；

（2）擠膠機(jī)構(gòu)有AB膠混合針頭1、出膠頭3、電磁閥2、膠筒7、 細(xì)長(zhǎng)光桿13、浮動(dòng)接頭14、滑塊15、滾珠絲桿模組9由壓板5固定在一個(gè)平臺(tái)8上；

（3）密封和清潔機(jī)構(gòu)有活動(dòng)螺母6，刮板式的圓環(huán)10，標(biāo)準(zhǔn)O形圈11，型腔12；

（4）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由伺服電機(jī)18及減速機(jī)17、人機(jī)界面數(shù)字控制系統(tǒng)等組成。

2 工作原理

由PLC與觸摸屏組成數(shù)字控制系統(tǒng)，發(fā)出脈沖指令，伺服電機(jī)18帶動(dòng)減速機(jī)17旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿模組9工作，固定在滾珠絲桿模組9上面的滑塊15，聯(lián)接浮動(dòng)接頭14，帶動(dòng)細(xì)長(zhǎng)光桿13做直線移動(dòng)，當(dāng)膠筒7受到細(xì)長(zhǎng)光桿13的擠壓時(shí)，單向閥4封閉，電磁閥2導(dǎo)通，膠水從出膠頭3流出，而膠水?dāng)D出容量，等于細(xì)長(zhǎng)光桿13伸入膠筒7的體積，轉(zhuǎn)換后可知具體質(zhì)量，即依據(jù)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，滾珠絲桿的導(dǎo)程，細(xì)長(zhǎng)光桿的直徑大小和機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間有關(guān)。為了連續(xù)動(dòng)作，當(dāng)細(xì)長(zhǎng)光桿13退回去時(shí)，單向閥4導(dǎo)通，電磁閥2封閉，膠水因壓縮空氣作用，膠水從儲(chǔ)膠筒16流入膠筒7，而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣壓補(bǔ)充膠水。其中，A膠和B膠擠出，可用AB膠混合針頭1進(jìn)行混合，為防止細(xì)長(zhǎng)光桿一進(jìn)一出產(chǎn)生漏液和方便清潔，設(shè)計(jì)了活動(dòng)螺母6，刮板式的圓環(huán)10，標(biāo)準(zhǔn)O形圈11，一定體積的型腔12。

公式推導(dǎo)計(jì)算：M=ρ.v v=sl=πr2np

以上公式中；M為出膠的質(zhì)量，ρ為膠水的密度，v體積，s為細(xì)桿截面積，l為細(xì)長(zhǎng)桿的移動(dòng)長(zhǎng)度，n為絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，p為絲桿導(dǎo)程，r為細(xì)長(zhǎng)光桿半徑。

出膠工藝：A膠B膠出膠量均為20mg/s，混合比例為1：1，連續(xù)點(diǎn)膠時(shí)間2秒，各自為40mg。現(xiàn)設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速為19.5r/s，采用減速比i為20：1的減速機(jī)，絲桿導(dǎo)程為6mm，細(xì)光桿直徑為2mm，膠水密度約為1.1mg/mm3，將各數(shù)值替入公式，即：重量M=ρ×π×r2×n×p=1.1×3.14×12×19.5÷20×2×6=40.4mg，此為理論計(jì)算值，稍有偏差，但用電子秤秤量進(jìn)行實(shí)際比對(duì)，調(diào)整參數(shù)，引入補(bǔ)償即可。從計(jì)算可看出，在機(jī)械零件不變的情況下，只要通過(guò)控制系統(tǒng)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速、或出膠時(shí)間可調(diào)整出膠量。而此次設(shè)計(jì)，細(xì)長(zhǎng)光桿的有效長(zhǎng)度為100mm，最大一次出膠量在354mg左右，在出膠量滿足不了需求時(shí)，可再更換不同直徑的細(xì)長(zhǎng)光桿，但隨著細(xì)長(zhǎng)光桿直徑的變大，精度也隨著下降。整套機(jī)構(gòu)的制作難點(diǎn)在于：第一，細(xì)長(zhǎng)光桿的加工精度以及強(qiáng)度。本次設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)件，材料選用為SKH51（高速鋼），硬度HRC58，直徑為2mm光桿（一種模具上常用的物料），耐磨、強(qiáng)度高，很好地解決了在擠膠的過(guò)程中產(chǎn)生彈性變形，造成細(xì)長(zhǎng)光桿實(shí)際進(jìn)入膠筒的偏差問(wèn)題。第二，在于細(xì)長(zhǎng)光桿在伸縮的時(shí)候，本身是與膠水接觸，本次設(shè)計(jì)采用刮板式的圓環(huán)10，使用多個(gè)串疊在一起，并增加標(biāo)準(zhǔn)O形圈11，同時(shí)留有一定體積的型腔12，不斷地通入膠水清潔劑，有效防止細(xì)長(zhǎng)光桿長(zhǎng)時(shí)間工作有膠水硬化而粘貼的現(xiàn)象，保證細(xì)長(zhǎng)光桿表面的清潔度。

通過(guò)實(shí)際制造交付生產(chǎn)使用，對(duì)比以上所述幾種機(jī)械裝置，優(yōu)勢(shì)明顯，完全解決微量點(diǎn)膠需求。

3 優(yōu)點(diǎn)

出膠精度：經(jīng)過(guò)實(shí)際設(shè)計(jì)制造，本機(jī)構(gòu)精度誤差在1mg，完全滿足生產(chǎn)需求。

人機(jī)對(duì)話：操作簡(jiǎn)單，數(shù)字化，可以方便、快捷的通過(guò)控制系統(tǒng)（比如觸摸屏等人機(jī)界面）直接輸入需要的點(diǎn)膠時(shí)間和點(diǎn)膠量，即可精確控制，遠(yuǎn)離傳統(tǒng)點(diǎn)膠過(guò)程的開環(huán)控制，嚴(yán)重依賴操作人員的經(jīng)驗(yàn)并且可靠性不高，從此不再因人而異，浪費(fèi)寶貴的時(shí)間，提高了工作效率，而且，控制系統(tǒng)可與整機(jī)共同使用，節(jié)約成本。

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：制造門坎低，零件的加工精度要求不高，細(xì)長(zhǎng)光桿的直徑精度在0.02范圍內(nèi)，表面拋光即可，而采用標(biāo)準(zhǔn)件，材料選用為SKH51（高速鋼），硬度HRC58，直徑為2mm光桿（一種模具上常用的物料），在制作上更是毫無(wú)難點(diǎn)。

模塊化設(shè)計(jì)：適當(dāng)變更幾個(gè)零件，流量可成倍增減，精度仍然在可控范圍內(nèi)。

保養(yǎng)：每次點(diǎn)膠生產(chǎn)完成后及時(shí)將混合針頭清洗干凈即可，在更換不同品牌型號(hào)膠水才需要將各部分拆卸。

減少浪費(fèi)：一改需憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)出膠量，多次打膠，電子秤量的做法，減少浪費(fèi)。

品質(zhì)提高：因使用硬性擠壓，經(jīng)常碰到的混合管內(nèi)的相對(duì)死角，殘留硬化膠水堵塞的情況有良好的改善，也明顯地保證了A膠B膠的出膠比例，保證質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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