機(jī)械字碼打印底座結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及應(yīng)用

陳沖鋒，潘 露

（1.蕪湖機(jī)械工程學(xué)校，安徽 蕪湖241200；2.安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖241000）

0 引言

現(xiàn)代企業(yè)對自動化的需求越來越高，小型批量制作的自動化設(shè)備越來越多。本課題來源于一家規(guī)模制藥企業(yè)購買的一批包裝袋打印專用設(shè)備，由于技術(shù)不成熟，打印底座極易磨損，給企業(yè)帶來了不必要的損失。在實際使用過程中，安裝打印字碼的底座由于上下底座采用V型槽配合夾緊，打印作業(yè)中V型壓板與V型槽長時間配合，使兩者間的配合松動致使打印底座3~5個月就會損壞使V型槽變形導(dǎo)致底座損壞現(xiàn)象。由于小型設(shè)備市場小，技術(shù)不成熟，生產(chǎn)廠家維修跟不上，制藥廠家機(jī)械方面專業(yè)人才有限，對設(shè)備的改造有心無力，給企業(yè)生產(chǎn)帶來了很大的不便[1]。

1 打印底座問題分析

打印底座的三維結(jié)構(gòu)圖如圖1（a）所示，實物圖如圖1（b）所示，打印底座與氣缸連接安裝必須先將上下底座拆開，使用螺釘連接，上下底座連接使用凸V型壓板、凹V型槽配合，四個螺釘壓緊。因打印底座使用頻繁，在使用過程中螺釘容易松動，致使凸V型壓板、凹V型槽磨損加劇，間隙增大導(dǎo)致?lián)p壞[2-3]。打印底座的上底座僅僅設(shè)計了一面能夠安裝打印字碼，一旦松動損壞必須更換，而該打印底座材料為黃銅，更換價格較高，且更換麻煩，給企業(yè)帶來了很大的經(jīng)濟(jì)損失。

圖1 打印底座結(jié)構(gòu)圖

2 打印底座優(yōu)化

為了解決企業(yè)打印底座的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、拆卸麻煩、使用壽命短等問題，分別從優(yōu)化底座結(jié)構(gòu)設(shè)計、簡化氣缸安裝與上底座固定方式和優(yōu)化上下底座的配合安裝三方面對其進(jìn)行改進(jìn)。

2.1 打印底座的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

原有底座采用凸V型壓板、凹V型槽配合，螺釘壓緊，長時間使用和拆卸導(dǎo)致螺紋松動，從而導(dǎo)致配合間隙增大損壞，磨損嚴(yán)重并影響打印底座使用壽命短，因此底座結(jié)構(gòu)設(shè)計上存在問題，本文針對上下底座的配合對其進(jìn)行優(yōu)化。通過改進(jìn)上下底座的配合方式，將原本凸V型壓板、凹V型槽配合改成上下T形槽配合，上下T型槽配合使上下底座面與面接觸，形成一個整體，解決了底座長期使用上下底座的松動的問題，提高了打印底座的使用壽命，如圖2（a）所示為優(yōu)化后的打印底座零件圖，圖2（b）所示為打印底座裝配圖。

圖2 優(yōu)化后的打印底座結(jié)構(gòu)和裝配圖

2.2 簡化氣缸安裝與上底座固定

考慮到打印底座氣缸安裝復(fù)雜，且上下底座竄動嚴(yán)重，將原本下底座與氣缸連接的四個螺絲孔改成下底座上的兩個對角通沉頭螺絲孔，避免與氣缸連接時拆卸氣缸，僅需直接將下底座放在氣缸上，使用螺釘連接即可，簡單方便。同時為了更好的提高上底座的使用率，將上底座上下兩面均改成了T形槽，在提高上下底座的連接強(qiáng)度的同時，也提高了上底座的使用次數(shù)，大大提高了利用率。在下底座上加一個擋塊，控制了上底座的竄動，減少了T型槽的竄動磨損，提高了底座的使用壽命[4]，如圖3（a）所示為在圖2的基礎(chǔ)上優(yōu)化后的打印底座零件圖，圖3（b）所示為優(yōu)化后的打印底座裝配圖。

圖3 第二次優(yōu)化后的打印底座結(jié)構(gòu)和裝配圖

2.3 優(yōu)化上下底座的配合安裝

經(jīng)過兩次改進(jìn)的打印底座為企業(yè)大大降低了成本，創(chuàng)造了更大的價值，但是在實際應(yīng)用的過程中仍然存在上底座反方向竄動，下底座的擋塊加工安裝不便的問題。針對以上問題，將下底座的寬厚的擋塊換成了薄的擋板，并在上底座上加入了鎖緊手柄，手柄與鎖緊桿加上彈簧與上底座配合，鎖緊桿前端彎曲，通過外界施壓帶動彈簧的伸縮完成鎖緊桿的伸縮，完成上下底座的配合鎖緊，第三次優(yōu)化后的底座如圖4所示。當(dāng)上下底座配合到位時，只需轉(zhuǎn)動手柄將上下底座連接成一個整體，通過這種設(shè)計完全解決了上下底座的竄動問題，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，方便了安裝，實現(xiàn)了上下底座的完美結(jié)合。

圖4 第三次優(yōu)化后的打印底座裝配圖和實物圖

3 產(chǎn)品改進(jìn)前后使用壽命、維修時間和生產(chǎn)成本對比

改進(jìn)后的打印底座如圖4所示，在企業(yè)投入使用后有效解決了目前底座存在的問題及使用缺陷，其整體使用效果如圖5所示。

圖5 打印底座安裝后的包裝袋打印專用設(shè)備

改進(jìn)后的打印底座在實際生產(chǎn)應(yīng)用已成功運行了三年。現(xiàn)就原始底座和改進(jìn)后的底座使用壽命、維修時間及制作成本進(jìn)行對比。

表1所示為改進(jìn)后的底座與原有底座的使用壽命對比，其使用壽命由原有的3~6個月提高到12~24個月，使用壽命提高了300%.

表1 使用壽命對比

表2所示為改進(jìn)后的底座與原有底座的維修時間對比，維修時間由原有的1 h減少到0.2 h，工作效率提高了80%.

表2 維修時間對比

表3所示為改進(jìn)后的底座與原有底座的制作成本對比，成本由原有的一個1350元減少到一個850元，成本降低了40%.

表3 制作成本對比

4 結(jié)論

機(jī)械字碼打印底座通過優(yōu)化底座結(jié)構(gòu)設(shè)計、簡化氣缸安裝與上底座固定方式和優(yōu)化上下底座的配合安裝三方面的改進(jìn)，降低成本約40%，提高底座的安裝效率80%、提高使用壽命300%，大大提高了使用壽命及穩(wěn)定性，簡化了底座的加工步驟，為企業(yè)節(jié)約了成本，提高了加工效率，創(chuàng)造了更高的價值。

目前該研究成果已經(jīng)申請專利，并已經(jīng)授權(quán)，專利號：ZL201520257587.4.