基于微小產(chǎn)品“風(fēng)火輪”的自動(dòng)控制夾具系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陶麗芝 孫文濤 潘瑩

摘 要：文章介紹了一種基于微小產(chǎn)品“風(fēng)火輪”熔膠焊接時(shí)的夾具裝置及自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含精密加工夾具本體、自動(dòng)控制系統(tǒng)、氣動(dòng)回路等。本夾具系統(tǒng)裝夾微小產(chǎn)品快速、穩(wěn)定，產(chǎn)品不易變形，能避免通用裝夾方式夾裝不穩(wěn)定，裝夾效率低的問(wèn)題。另外本夾具系統(tǒng)通用性強(qiáng)，適用于同類(lèi)型薄壁、微小產(chǎn)品其他工藝加工場(chǎng)合。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制；夾具系統(tǒng)；真空發(fā)生器；微小產(chǎn)品；光纖傳感器

中圖分類(lèi)號(hào)：TG75 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）28-0092-03

Abstract： This paper introduces a kind of jig device and automatic control system based on micro product "wind fire wheel". The system includes precision machining fixture body， automatic control system， pneumatic circuit and so on. The clamping fixture system clamps small products quickly and stably， and the products are not easily deformed， which can avoid the problems of unstable clamping and low clamping efficiency in general clamping mode. In addition， the fixture system is universal， suitable for other processing occasions of the same type of thin-walled micro-products.

Keywords： automatic control； fixture system； vacuum generator； micro product； optical fiber sensor

某機(jī)加公司接到一大批量訂單，其中要求對(duì)一核心薄壁零件“風(fēng)火輪”上7個(gè)柱面與另一零件進(jìn)行固定溶膠焊接，要求7個(gè)溶膠點(diǎn)位置精度高，熔接完成后工作面平行度達(dá)到0.10mm，基于對(duì)該公司生產(chǎn)部門(mén)生產(chǎn)能力核算，要順利完成此訂單需每分鐘溶膠8個(gè)以上產(chǎn)品。為了保證7個(gè)熔點(diǎn)焊接精度的一致性及熔接效率，開(kāi)發(fā)本系統(tǒng)。

1 產(chǎn)品特點(diǎn)及工裝要求

產(chǎn)品名稱(chēng)“風(fēng)火輪”，材料：透明PC，邊緣板厚1.5mm，外徑45mm，總高10mm，如圖1所示。

工藝要求：該產(chǎn)品為某成品的一零部件，要求對(duì)該零件上7個(gè)圓柱面與另外一個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行熔膠焊接，熔接后熔點(diǎn)高度滿足0.34～0.89mm，熔點(diǎn)直徑滿足2.09～2.6mm，熔接后整體平行度小于0.1mm，如圖2所示。另外要求大批量生產(chǎn)，效率滿足每分鐘8pcs以上。

由零件圖1 可知，該零件底部為平面，板邊緣厚1.5mm，材料薄而脆，傳統(tǒng)溶膠機(jī)難于固定，溶膠精度及穩(wěn)定性差，溶膠效率低，達(dá)不到產(chǎn)品技術(shù)要求。

2 夾具的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為滿足產(chǎn)品加工精度及效率需求，設(shè)計(jì)一款專(zhuān)用真空夾具裝置及自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用專(zhuān)用真空吸附原理，通過(guò)壓力計(jì)算及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸建立夾具本體模型；利用光纖傳感器檢測(cè)夾具上有無(wú)產(chǎn)品，發(fā)送信號(hào)給電磁閥，以啟停真空產(chǎn)生器；再通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)裝夾效果，當(dāng)產(chǎn)品放平裝夾良好，控制回路接收信號(hào)，溶膠回路通電，溶膠頭工作；當(dāng)裝夾錯(cuò)位或產(chǎn)品出現(xiàn)瑕疵，則吸真空出錯(cuò)，壓力達(dá)不到設(shè)定值，控制回路無(wú)壓力傳感器信號(hào)，溶膠回路不通，給出報(bào)警信號(hào)。

2.1 夾具系統(tǒng)構(gòu)成

本夾具系統(tǒng)主要由夾具本體、控制盒、氣源、真空發(fā)生器、電磁閥、光電傳感器等組成。如圖3所示。

本系統(tǒng)主要功能是通過(guò)控制系統(tǒng)控制真空發(fā)生器的工作狀態(tài)，為夾具本體提供系統(tǒng)所需要的真空度，達(dá)到固定微小零件的目的。其中壓力傳感器檢測(cè)系統(tǒng)壓力，達(dá)到設(shè)定值啟動(dòng)控制回路，帶動(dòng)真空發(fā)生器工作；真空發(fā)生器自帶消聲器，降低噪音；綠色指示燈亮表示系統(tǒng)正常，紅色聲光報(bào)警器包含紅色指示燈盒蜂鳴器，零件放置不正確時(shí)，紅色指示燈亮并報(bào)警；減壓閥控制氣源穩(wěn)定性；開(kāi)關(guān)電源為系統(tǒng)提供24V電源；時(shí)間繼電器過(guò)濾信號(hào)干擾；夾具本體需精密加工，提供零件裝夾載體，保證零件裝夾精度和強(qiáng)度。

2.2 自動(dòng)控制設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制方式分手動(dòng)和自動(dòng)兩種，本系統(tǒng)采用自動(dòng)控制方式，即利用光電傳感器檢測(cè)夾具本體上有無(wú)產(chǎn)品，產(chǎn)品放好即控制回路通電；同時(shí)壓力傳感器監(jiān)測(cè)氣路壓力控制真空發(fā)生器的運(yùn)行，系統(tǒng)真空度在設(shè)定值之下時(shí)，真空發(fā)生器開(kāi)始工作，真空度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，真空發(fā)生器停止運(yùn)行。電氣原理如圖4，氣路原理如圖5所示。

2.3 夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為保有一定的安全余量，預(yù)設(shè)負(fù)壓表為-78kPa壓力值。為保證抽真空效率及保護(hù)產(chǎn)品不變形損傷，設(shè)計(jì)夾具零件座上圓周分布的6個(gè)小孔D3，并設(shè)置回路密封圈，具體結(jié)構(gòu)如圖7所示。底座可將夾具任意固定在某一工作平面，防止真空腔產(chǎn)生與關(guān)閉時(shí)夾具本體的顫抖與移位；因產(chǎn)品為透明PC，光電傳感器檢測(cè)不到，于是選用光纖傳感器檢測(cè)夾具體有無(wú)產(chǎn)品；壓塊及O型圈提供系統(tǒng)密封真空腔；仿形加工治具采用鋁合金精密加工，精準(zhǔn)放置零件；真空氣管接口用軟管接至氣源處，形成氣路。

3 熱熔機(jī)熔接步驟

（1）操作員將產(chǎn)品擺放于夾具上。

（2）光纖傳感器檢測(cè)到夾具上有產(chǎn)品之后，發(fā)送信號(hào)給電磁閥，啟動(dòng)真空發(fā)生器。

（3）電磁閥啟動(dòng)后，壓力傳感器（負(fù)壓表）通電，檢測(cè)回路的氣壓。

（4）若產(chǎn)品未放平，則治具與產(chǎn)品的結(jié)合面漏氣（6個(gè)小孔面），回路的負(fù)壓達(dá)不到設(shè)定值（-78kPa），負(fù)壓表給出信號(hào)，紅色信號(hào)燈亮，蜂鳴器發(fā)聲。操作員介入，將產(chǎn)品重新擺放平。

（5）若產(chǎn)品放平，則治具與產(chǎn)品的結(jié)合面緊貼，回路的負(fù)壓達(dá)到設(shè)定值，系統(tǒng)綠燈亮，蜂鳴器不工作。

（6）系統(tǒng)綠燈亮，也沒(méi)有聽(tīng)到蜂鳴器報(bào)警聲時(shí)，操作員正常啟動(dòng)熱熔機(jī)。整個(gè)夾具系統(tǒng)自動(dòng)完成產(chǎn)品位置檢查及裝夾，熔膠機(jī)自動(dòng)完成溶膠焊接。

4 結(jié)束語(yǔ)

該自動(dòng)控制夾具系統(tǒng)裝夾微小產(chǎn)品快速、穩(wěn)定，產(chǎn)品不易變形，能避免通用裝夾方式裝夾不穩(wěn)定，裝夾效率低的問(wèn)題，熱熔焊接精度一致性好。另外本夾具系統(tǒng)通用性強(qiáng)，適用于同類(lèi)型薄壁、微小產(chǎn)品其他工藝加工場(chǎng)合。

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