童奇波，康宗善，陳 才

（1.寧波市鎮(zhèn)海區(qū)職業(yè)教育中心學校，浙江 寧波 315201；2.阿克蘇地區(qū)庫車中等職業(yè)技術學校，新疆 阿克蘇 842000）

引言

抱箍在房屋裝修、管道安裝以及工程建筑上有著廣泛的應用。抱箍材質(zhì)基本為金屬，隨著社會的發(fā)展，在金屬的抱箍中安裝一個具有相對彈性及摩擦性更好的膠套，使抱箍在使用時更具固定性及穩(wěn)定性，對被固定的管道等也具有很好的保護作用。很多國內(nèi)外的客戶都要求給抱箍裝配一個膠套，以便軟膠套保護被固定的管道或其他零件[1]。

在中等職業(yè)學校里，有傳統(tǒng)大類的專業(yè)是機械類專業(yè)，為了服務社會，進行校企合作，機械專業(yè)教師經(jīng)常有機會帶領自己的學生下企業(yè)調(diào)研。在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)企業(yè)里有一種給抱箍套膠的手工勞動，不僅需要大量人力，而且勞動強度很高，同時也會因為是人工裁剪膠條的問題造成膠套長短不均勻。

但目前國內(nèi)外還沒有這種給抱箍套膠的全自動裝配流水線機械設備，所以經(jīng)過大量的實踐論證之后研發(fā)設計了一種抱箍膠套自動化裝配的流水線設備。其中抱箍膠套自動化裝配流水線設備的機械手由切斷機構、夾取機構、套膠機構三個部分組成。

1 機械手設計

1.1 設計思路

針對前面提到的問題，作為機械專業(yè)教師為了能夠解決企業(yè)面臨的問題，所以希望設計一款全自動為抱箍裝配膠套的流水線機械設備，能夠代替手工操作的機械設備，減輕對人體手指的傷害，降低勞動強度，提高工作效率，同時也更能適應目前機械行業(yè)自動化生產(chǎn)的需要[2]。

在抱箍裝配膠套的流水線機械設備當中，多用途切斷、夾取以及套膠等環(huán)節(jié)機械手發(fā)揮了較大的作用，能夠幫助工人在危險的環(huán)境中進行各種操作。結合目標要求，該自動化設備的思考與探索有：抱箍的大小型號有很多種，首先要滿足對膠條長度的裁剪進行控制；要解決把膠套裝套在抱箍上，需要設計一款剝膠和套膠裝置；要實現(xiàn)自動化控制，還需要設計一些PLC小程序來代替人工操作；利用氣動裝置來配合自動化操作等等。

1.2 機械手的組成和結構設計

普通氣動機械手一般由執(zhí)行、驅(qū)動、控制等機構組成。

1）執(zhí)行機構。由傳遞裝置、驅(qū)動裝置、控制系統(tǒng)以及末端操作器組成。

2）夾持部分。這是機械手的獨立的執(zhí)行部件，抱箍裝配膠套的流水線機械設備的夾持部分采用絲桿和氣缸配合四連桿機構控制手抓的加緊、釋放。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部，夾持式手部由手指（或手爪）和傳動機構所構成。由于抱箍裝配膠套的流水線機械設備夾持的物件是相對比較平直的膠帶，所以，只需要設計成夾持式手部即可。

3）手臂。手臂在進行伸縮或升降移動時，為了使手臂在直線運動過程中不致發(fā)生相對運動，以保證手部運動方向的正確性。所以這就需要導向裝置，同時在設計導向裝置時要考慮到實際載荷的大小，手臂長度行程以及手臂安裝方式的影響[3]。

4）立柱。立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分。

5）機座。機械手的各執(zhí)行機構部件和氣動驅(qū)動系統(tǒng)都安裝在機座上，主要起支撐和連接的作用。

6）驅(qū)動機構。驅(qū)動機構一般的常用的液壓驅(qū)動，氣壓驅(qū)動和電氣驅(qū)動，抱箍裝配膠套的流水線機械設備機械手主要采用氣動驅(qū)動，當然在抓取膠帶部分另外設計了一個電動驅(qū)動的絲桿機構配合氣動驅(qū)動。

7）控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)向機械手發(fā)出各種指令，讓其能夠再找要求完成各種任務的裝置。

8）檢測裝置。檢測裝置由安裝在氣缸缸體外壁的傳感器組成，傳感器檢測氣缸伸出桿的位置去完成前后氣缸的動作順序，已達到所有機械手的配合，達到自動運行的效果。

所以，抱箍裝配膠套的流水線機械設備為了達到設備的全自動化運行，根據(jù)抱箍膠套自動裝配的工序流程，采取了如下措施：采用PLC控制膠條切斷機構切斷膠條，由機械手抓取切斷的膠條進入套膠機構等待，同時輸送機輸送抱箍進入設備，并由抱箍自動取出機構將抱箍放入“U”形凹槽，裝有抱箍的“U”形凹槽進入套膠機構，套膠機構自動將膠條套進抱箍，完成套膠的抱箍由輸送機送出設備外部，全部動作完成[4]。

如圖1所示膠條切斷機構由膠條壓送滾筒（25）和切刀（21）組成。下壓氣缸左側(cè)的總機架中固定設置有斷料氣缸，總機架的下側(cè)固定設置有刀架導軌，斷料氣缸的伸縮桿下端固定連接有斷料刀架，斷料刀架滑行在所述的刀架導軌上，斷料刀架下端固定有斷料刀，斷料刀可將膠帶切割成所需長度的膠套（3）。

所示伺服馬達可以根據(jù)抱箍大小調(diào)節(jié)膠條送入長度并進行切斷。膠條切斷機構采用三菱PLC控制機械手，當抱箍套上以后電機正轉(zhuǎn)，夾取膠條，機械手抓緊之后，電機反轉(zhuǎn)，根據(jù)抱箍大小調(diào)整回縮的長度，當電機停止后，切刀伸出切斷膠條。

如圖2所示夾取機構由氣缸（35）、連桿（34）、連桿接頭（32），雙搖桿機構（31）、膠條支撐導軌（33）組成。膠套擴張槽件右側(cè)的總機架上固定設置有膠套抓取機構，膠套抓取機構包括移動架及四連桿機械抓，四連桿機械抓的左側(cè)二連桿之間交叉軸接在所述移動架的左端，四連桿機械抓的右側(cè)二連桿的右端分別軸接有開合連桿上，開合連桿活動設置在移動架中，開合連桿的右端與移動架的右端之間設置有機械抓開合氣缸；移動架的下側(cè)固定有限位滑條，限位滑條活動在總機架上側(cè)的限位滑槽中；移動架的右端與其相對應的總機架之間設置有移動架平移氣缸。連桿機構可以準確的對已切斷的膠條進行抓取，并拖動到套膠位置。

如圖3所示套膠機構由下頂氣缸、下壓氣缸，抱箍支撐架（11），下壓模（12）組成，而整個機構均安裝在整體機架（1）上，下頂氣缸安裝在氣缸支架上（17）。碰撞式裝配機構后側(cè)的總機架中設置有輸出機構，輸出機構包括輸出動力及抱箍接送叉，碰撞式裝配機構后側(cè)的總機架上固定設置有叉架限位滑條，叉架限位滑條中活動設置有叉架移動件，叉架移動件的前側(cè)固定設置有抱箍接送叉，抱箍接送叉為左右兩條；叉架移動件的后端與所述相對應的總機架之間設置有叉架伸縮氣缸。

該抱箍膠套自動化裝配流水線機械設備（如下頁圖4所示：A為前，B為后，C為左，D為右，1為總機架，2為電腦程序控制臺）的最終效果是，節(jié)約抱箍上膠套的大量人工，降低抱箍上膠套的勞動強度，提高效率，結構簡單，PLC全自動控制。這種抱箍膠套自動化裝配流水線，包括抱箍、膠套、碰撞式裝配機構、斷料擴張機構、膠套抓取機構、抱箍輸入機構、移動抓取機構及輸出機構，這些機構分別安裝在總機架上，并由電腦程序控制臺自動控制，抱箍膠套自動化裝配流水線還包括各種氣缸，各種氣缸包括一端活動設置的氣壓伸縮桿；其特征在于碰撞式裝配機構包括設置在下側(cè)的上頂裝配架及設置在上側(cè)的下壓裝配件，上頂裝配架與下壓裝配件之間的總機架上固定設置有膠套擴張槽件，膠套擴張槽件為左小右大，膠套擴張槽件的前后之間設置有抱箍上頂孔；上頂裝配架活動設置在前后平移架中，前后平移架活動設置在總機架下側(cè)的前后平移滑條中，前后平移架與所述的上頂裝配架之間設置有抱箍上頂氣缸，前后平移架與其后側(cè)的總機架之間設置有前后平移氣缸；下壓裝配件固定設置在下壓滑架中，總機架下側(cè)固定設置有下壓限位滑條，下壓滑架活動設置在所述的下壓限位滑條中。

2 研制過程

由于該自動化設備的研發(fā)團隊由指導老師和學生組成，教師和學生都是來自學校機電學院的教師和學生，所以在此次抱箍膠套自動化裝配流水線設備的機械手過程中，專業(yè)教師帶領幾名研發(fā)團隊的學生，研發(fā)設計了該自動化設備，抱箍膠套自動化裝配流水線設備的機械手，之后又通過專業(yè)軟件SolidWorks設計實體造型，CAD軟件出圖，機床加工零件，然后外協(xié)進行零件的熱處理，零部件安裝成型，設備整體安裝，最后由校企合作企業(yè)配合配套的PLC整體設計，加裝自動化控制程序和人機互動觸摸屏，最終順利完成抱箍膠套自動化裝配的流水線設備的安裝。

經(jīng)過抱箍膠套自動化裝配的流水線設備一段時間的試運行，以及設備的驗收投產(chǎn)，總結了抱箍膠套自動化裝配流水線的創(chuàng)新性有以下四個方面：

1）自動化控制。該產(chǎn)品利用PLC自動控制程序，結合氣動操作，可以實現(xiàn)按鈕操作的自動化控制。不需要像傳統(tǒng)工藝那樣，人力裁剪、剝膠、套箍等，節(jié)約了不少的人力物力。

2）適合各種大小型號的抱箍。通過調(diào)整程序的簡單參數(shù)，即可實現(xiàn)對膠套長度的控制。這樣便可以對不同型號大小的抱箍進行套膠。

3）安全性。該裝置采用程序控制，只需在操作面板上進行按鈕操作，即可實現(xiàn)進膠、裁剪、移位、套膠等的一些操作動作，不需要人工裁剪，也不需要人工剝膠套膠等，不會對手指造成損傷，相對比較安全。

4）便捷性。流水線作業(yè)，PLC氣動控制，通過參數(shù)設置，能很好地適應各種型號抱箍的套膠動作，打破了傳統(tǒng)的手工操作，提高了生產(chǎn)效率。

3 結語

作為學校機電學院機械專業(yè)的中職專業(yè)教師，一直在探求設備智能制造上的創(chuàng)新，立足于改善生活生產(chǎn)中的不足，希望能借助職業(yè)教育的資源力量和技術優(yōu)勢，更多地為本地企業(yè)做出一點貢獻。

本次抱箍膠套自動化裝配流水線機械手的設計，主要的特點有：貼近生產(chǎn)實際，具有較好的市場推廣價值；設計中有獨特新穎之處，且已向國家知識產(chǎn)權局申請了專利；具有技術先進性，秉承機電一體化的先進制造理念，融合了軟件產(chǎn)品設計、PLC控制技術、機械傳動機構、機加工等各方面技術；體現(xiàn)了較強的專業(yè)性，貼近生產(chǎn)實際，自動化控制有效地替代了手工操作，要求操作人員具備基礎的機電專業(yè)操作知識與技能；整套產(chǎn)品完整齊全，產(chǎn)品美觀實用。全套的CAD圖紙和三維模型均已成型，專利證書也正在申請中，意向合作企業(yè)的產(chǎn)品也已推廣使用，反饋良好。