（精密仪器及机械专业论文）微波炉灌封设备的研制.pdf

微波炉灌封设备的研制 摘要 论文介绍了微波炉灌封设备的工作原理，包括气路原理和液路原理。 介绍了灌封设备的两种胶的比例调节机构、x y 二维工作台、p l c 控制的设 计。比例调节采用的是摆杠运动调节的方案，实现了两种胶的准确的比例 关系，并随着胶的不同而可以调节两种胶的比例，动力使用高压气体。) ( y 二维工作台使用的是矩形贴塑导轨导向和承载，避免了在低速时的爬行现 象。控制器采用了在工业控制中广泛采用的可编程控制器，另外还描述了 步进电机的工作原理及其加减速控制。在灌封设备中还包括抽真空、自动 控温、液位检测、自动清洗混合头等部分。 文章还分析各种因素对) ( y 二维工作台运动轨迹的影响，以及各种因素 对出胶量的影响。在实际使用中满足现有微波炉的技术资料表明的技术要 求和性能，运行可靠。 关键字：比例调节二维工作台贴塑导轨p l c 步进电机 d e v e l o p m e n t o fap o u r i n gm a c h i n e d e s i g n e d f o r m i e r o w a v eo v e n a b s t r a c t t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ew o r k i n g p r i n c i p l eo ft h ep o u r i n gm a c h i n ed e s i g n e df o r t h em i c r o w a v e o v e n ，i n c l u d i n gt h ep r i n c i p l eo ff l o w i n gr o u t eo fg a sa n dl i q u i d 。 t h e d e s i g n so f p r o p o r t i o n - a d j u s t i n gs e t u po fp o u r i n gm a c h i n e ，x yp l a n a r w o r k t a b l ea n dp l cc o n t r o la r ei n t r o d u c e di nt h i sp a p e r s w i n g i n gl e v e ri su s e di n t h ea d j u s t m e n to f p r o p o r t i o no f t w od i f f e r e n tk i n d so f g l u e s e x a c tp r o p o r t i o no f t h e t w ok i n d so f g l u e si sa c h i e v e da n d i tc a nb ea l t e r e da c c o r d i n gt od i f f e r e n tk i n d so f g l u e s h i g hp r e s s u r eg a s i su s e da sd r i v e x y p l a n a rw o r k t a b l e u s e s r e c t a n g l e p l a s t i c s u r f a c eg u i d e w a y s f o ro r i e n t a t i o na n db e a r i n gt h ew e i g h to f w o r k t a b l e a s d o i n gs o ，i tc a n a v o i d c r e e pw h e ng u a i d w a y s i si nl o w s p e e d c o n t r o l l e r u s e sp l c ， i ti su s e dw i d e l yi ni n d u s t r y b e s i d e s ，t h ep r i n c i p l eo f s t e pm o t o r a n di t sa c c e l e r a t i o n a n dd e c e l e r a t i o nc o n t r o la r ed e s c r i b e d p o u r i n gm a c h i n ea l s oi n c l u d e sp a r t so f v a c c u m i z i n g o f g l u et a n k s ，c o n t r o l l i n gt e m p e r a t u r ea u t o m a t i c a l l y ，m e a s u r i n g t h e l o c a t i o no ft h eg l u e si nt h eg l u et a n k sa n dc l e a n i n gt h em i x e r t h ea r t i c l ea l s oa n a l y z e ss o m ef a c o r sw h i c hc a nc a t c he f f e c t so n t h ex y p l a n a r w o r k t a b l ea n ds o m ef a c t o r sb e a r i n go nt h ew e i g h to f g l u e s i np r a c t i c e ，p o u r i n gm a c h i n ec a nw o r kw e l la n dm e e tm i c r o w a v e o v e n sd e m a n d si nt e c h n i ca si t sd a t as h o w s k e yw o r d ：p r o p o r t i o na d j u s t x y p l a n a rw o r k t a b l ep l a s t i c s u r f a c eg u i d e w a y s p l c s t e pm o t o r 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得合肥工业大学或其他教育机构的学位 或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：互专越黉之 签字日期：彩年办a 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解合肥工业大学有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权合肥工业大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索。可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名娥泉 签字日期：o j 年7 月口日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名 签字日期 电话 邮编 致谢 本论文是在我的导师胡生清教授的指导下完成的。胡老师是一位知识渊博、 治学严谨的老师。在读研期间，胡老师给予我很大的帮助，在学习上给予指导， 在生活上加以关怀。在此我特向胡生清老师表示衷心的感谢和崇高的敬意。 在研究课题期间还得到了陶晓杰老师、胡毅老师、黄其圣老师、王永红老师 的帮助，在这里我向他们表示诚挚的谢意。 感谢蒋敏兰、刘芳芳、实验室的师弟们以及我的朋友们。 感谢我的家人。 作者：王执泉 2 0 0 3 年5 月 第一章绪论 1 任务提出 在工业生产中，工厂的各种仪器仪表大都处于比较恶劣的环境中，对仪 器仪表的抗干扰性能以及对环境适应性提出各种各样的要求。除进行对仪器 仪表的元件进行各种选择、对仪器仪表进行可靠性设计外，比较经济的措施 是在仪器仪表的电路板上灌封一层隔离膜，使其与环境中的影响到仪器仪表 性能的物质如水分、灰尘、酸性物质等隔离。另外在家电行业，如洗衣机、 热水器、微波炉、空调等一些家用电器需要在特定的环境中工作，也需要对 其进行灌封作业，增加电器的可靠性和寿命。过去灌封作业常通过手工完 成，手工作业效率较低，灌封的质量不易控制，容易出现气泡、胶层的厚度 不均匀，混合比例不易调整，而且胶浪费比较严重。这样就提出了用一种自 动化设备来代替手工作业，提高生产的自动化水平以及灌封的质量。目前该 类产品在国内尚属研制阶段。合肥工业大学仪器仪表学院测控研究所研制的 二液自动灌胶机在某一阶段填补了国内空白，但却不能对需要灌封一定平面 轨迹的灌封对象进行灌封，例如在微波炉生产领域，传统的作法是手工灌 胶，微波炉的内腔和和面板采用手工灌封会影响微波炉的外观以及生产效 率。本文提出的是一种在原来的基础上增加了一些功能的灌封设备，它可用 于平面内任何形状的胶液灌封。加上一些辅助部件，可以在自动化生产线上 运行。 2 课题的来源及意义 微波炉生产厂家需要对微波炉的面板和以及微波炉壳体和玻璃板之间 的缝隙进行灌封，这类设备过去常需要进口，进口设备价格昂贵。日本三洋 生产微波炉使用的一种灌封设备是由日本三双机工研制生产的，该设备价格 较贵，所使用的胶只能由日本专门厂家生产的该胶价格也比较贵。而且进 口设备的一些零件更换不便，灌封设备所运行的轨迹只能在三洋公司的微波 炉的规格形状选择，对微波炉的研制开发不利。而国内目前尚无这类产品， 合肥荣事达三洋电器有限公司为减少设备投资，希望以自己国内的产品代管 国外产品，要求能以国内的胶来代替国外的进口胶进行微波炉生产，在扩大 譬产后，能在国内的生产线上自动运行。从而降低微波炉的成本，提高产品 的市场竞争力，特委托我们所研制该类设备。该类产品在市场使用较广，可 以用于电路板、电气设备的一些关键部件的灌封，以及轴承、阀门的灌封。 研制成功估计在国内会有广泛的市场。 3 本课题拟解决的问题 微波炉灌封设备需要在平面内运行一定的轨迹，同时，两种胶自动混合，从 灌胶头喷出混合胶，在灌封处粘合固化，形成灌封。灌封对两种胶的比例要求 随各胶的性质不同而不同，配比控制要求严格，否则会不能固化，称为烂胶。 另外出胶量也要控制在一定的范围内，量少了，会影响灌封质量，量多了。会 造成胶的堆积和浪费，要求灌封后无气泡和表面光洁平整，灌封质量稳定。我 们设计的灌封设备要求两种胶的比例可调，调节范围为1 ：1 l ：o 7 ，可实现胶 的准确计量，要求总量误差不超过l 。5 9 o 。1 m ，两种胶的比例误差不超过 2 。灌封轨迹要符合一定的精度要求。因此需要对下面几个问题进行设 计： ( 1 )灌封设备的胶量比例调节机构 ( 2 )灌封设备的x y 二维工作台的设计 ( 3 ) 灌封设备的电气部分设计 拟达到的要求是： ( 1 ) 胶量误差控制在1 5 94 - o m 2 。 ( 2 ) 运动平稳，无冲击和摇摆。 ( 3 ) 导轨的导向精度在0 1 m m 以内 以内，；两胶的比例误差控制在 定位精度在o 0 5 m m 之内。 第二章微波炉灌封设备的系统组成 1 微波炉灌封设备的总体结构 灌胶设备是采用机、电、液、气的产品，它具有的功能有：胶量的自 动计量调整、加热、抽真空去气泡和温度控制。两种胶的比例可调、灌胶的 运动轨迹调整等。系统采用工业上应用广泛的可编程控制器控制，二维导轨 采用矩形贴塑导轨。 一、系统组成 图2 一l微波炉灌封设备系统的简易机构图 从图中可以看出，整个系统有几个部分组成【1 j ： ( 1 )储胶灌和抽真空系统储胶灌中储存一定量的胶，1 个存放a 胶，另 一个存放b 胶。对胶的处理有抽真空并搅拌处理，储胶灌中的气体压力小于 0 0 9 m p a 的状况下同时搅拌胶，将胶液内的残余空气抽去，以保证灌封后的固 化胶层无气泡，确保灌封质量。 ( 2 )自动加热及温控系统灌胶前需要对胶进行加热，保证两种胶在一定温 度下混合、灌封。 ( 3 )自动计量系统使a 、b 胶按一定质量比进行配比( 在本系统中，胶的 比例范围在1 ：1 1 ：o 7 ) ，以保证胶的固化，并对出胶量进行计 量控制。 ( 4 )自动混胶搅拌系统经计量缸喷出定量a 、b 胶经混胶搅拌，使之充分 混合。 ( 5 ) 储胶灌的液位检测检测储胶灌的剩下的胶的液位，在液位低于一定量 时，产生报警提醒要进行加胶。 ( 6 ) 平面运动系统灌封设备的灌胶头需要在平面运行一定的轨迹，灌胶设 备还有二维工作台及其开环控制系统。 ( 7 ) 控制系统整个系统在可编程控制器的控制下协调运行 二、 系统工作原理 将a 、b 胶放入储胶灌中，密封。在控制器的控制作用下搅拌电机开始 启动对胶进行搅拌，同时真空泵也开始启动，抽取储胶灌中的空气，当检测到 储胶灌中的空气压力小于o 0 9 m p a 时，停止泵的运行。在抽真空的同时，对储 胶灌中的胶进行加热，使胶能够在一定温度下混合，保证灌封后的胶层透明光 亮无气泡，这是灌封前的准备步骤。灌封设备工作时，控制器控制电磁阀，使 储胶灌和计量缸相连，接着控制气动系统推动气缸，气缸的活塞杠和计量缸的 活塞杠刚性相连，这样也带动了计量缸的活塞的移动，将储胶灌中的胶吸入计 量缸中。注满后，控制器控制电磁阀，使计量缸和混合头相连。同时控制气缸 向右移动，将胶挤到混合头，混合头的电机也开始工作，旋转将两种胶混合， 开始出胶灌封。混合头安装在x y 二维工作台上，控制器控制步进电机带动 x y 二维工作台运动，使x y 上的工作台按预定轨迹运动配合出胶系统完成灌 封。这里的动作过程是一个同步工作和顺序动作的过程，在这些过程中，要保 证各动作的协调性和可靠性。 三、胶的计量原理l z 灌封设备的灌封质量和两种胶的配比有关不同的胶要求其配比不同，所以 要求设备对胶的比例可调，而且要求出胶的总量一定这就要求一定的机构来 保证，在我们的灌封设备中使用的是摆杆调节机构。如图2 2 所示。 在该机构中，采用的是气动系统作为动力源，推动摆杆的运动。摆杆一端铰 接，另一端可在平面内摆动，而计量缸的活塞杆和摆杆连在一起，这样摆杆的 摆动带动了计量缸活塞杆的上下运动。 计量原理： 当气缸的i i 腔通高压气体的时候。气体推动气缸活塞向上运动，带动摆杆 向上摆动，摆杆又带动计量缸活塞向上运动，与此同时，两计量缸的i i 腔在控 制器控制下与储胶罐相连，这样，两计量缸在活塞上行的同时，吸入胶液，当 气缸向上行至极限位置时( 图示摆杆虚线位置i ) ，两计量缸的i i 腔充满了胶 液，此时，摆杆端部在s 处。当气缸的i 腔通高压气体而i i 腔对大气时，气缸 活塞向下运动，推动摆杆向下摆动。摆秆推动计量缸活塞向下移动，在摆杆端 部未到c 处时，两计量缸的i i 腔一直与储胶罐相连，即i i 腔中的胶被压回储胶 罐。当摆杆端部行至c 点时，可编程序控制器控制有关阀门使计量缸的i i 腔与 混合头相连通，这样，两种胶经混合头混含后灌出。当摆杆的端部行至d 点 ( 图示摆杆虚线位置i i ) 时，可编程序控制器将两计量缸通往通往混合头的阀 门关上，打开通往储胶罐的阀门，胶体又流回储胶罐，完成一次灌胶循环。所 以灌出的胶量是靠调节灌胶起始点c 与灌胶终止点d 的位置来实现的。 图中e 、m 分别为摆杆端部行至c 点时两计量缸活塞杆与摆杆的接触点， f 、m 分别为摆杆端部行至d 点处两计量缸活塞杆与摆杆的接触点，因此，摆 杆端部由c 点摆至d 点时，a 、b 两计量缸活塞的行程分别为l m n 和l e e 。 电孑e f 谢c d 所以4 删 a o e f 40 c d 设幻、8 ，分别为4o m n 、4 0 e f 、4o c d 的高，a 、b 两胶的比重 分别为p _ 、卢口，两计量缸的半径分别为r a 、r b ，a 、b 两胶的出胶量q _ 和幽之比为：纵：如= ，：t t a 。l m n p a ：l o b 2 上船舶 由于 4o m n a 优f 甄协l m n ：l e f ：= l a ：l a q a ：q b = r a 2 l a p a t r l 8 p b 由此式可以看出，若计量缸缸径r a 、r b 已确定，胶选定后，砌、p 口也就 确定下来，a 、b 胶出胶量之比就只取决于厶、幻了。假定l a 不变，就可以 通过调节l b 来改变两种胶灌出的比例。 以a 胶出胶量为基准，可得到出胶量与c d 间距离的关系式： 由凸o m n do c d 可得： l c d ：l m n = l ：l a 即删= = c d 则出胶量 。 m = n r 等l c op a = 等“r a j p a l c o l c o 实际上是两位置开关的距离，在位置的两端放置两位置开关，用以发出位 置信号给控制器控制计量缸电磁阀阀门的抉向，或进入混合头。或进入储胶 罐，在两计量缸内径一定的情况下，两端的长度l c o 就决定了要灌封的胶量。 i i _ j r l 气缸 j 蔓一一一一一一一一一一，：一j _ 一 一一一一c m 一 - e 卫 - 且。 ，k、 、厂 i i e_ j e alub k 一h 一一；4 j l k 一一l 一封 图2 2 比例调节及计量 2 灌封设备的气路、液路的工作原理胡 s c d 灌封设备采用气动元件作为动力元件，气动元件具有对环境适应性强、控制简 单，维护方便等优点，在工业上应用较广，在本灌封设备中也采用气动元件作 为动力元件。气动系统主要完成两个任务：推动气缸带动摆杆；压入气体进入 清洗灌清洗混合头。本系统可以分为3 个部分推动摆杆的动力部分、清洗混合 头的清洗部分、储胶灌的抽真空部分。示意图如图2 - 3 所示。 1 ) 摆杆的动力部分压力气体经过过滤、稳压等处理后进入电磁阀1 9 和单 向节流阀1 7 、1 8 进入气缸1 6 。当需要摆杆向上摆动时，电磁阀控制压力气体进 入气缸的i l 腔，i 腔通大气，这样，气缸的活塞在压力差的作用下向上运动， 带动摆杆向上摆动。反之，若要摆杆向下摆动，控制电磁阀使气缸的i 通高压 气体，气体推动活塞下行，带动摆杆向下摆动。图中的单向节流阀1 7 、1 8 是用 来调节摆杆的摆动速度的。阀2 0 是快速泄气阀。阀7 、8 是用来控制计量缸和 储胶灌和混合头的换向接通。 2 1 混合头清洗部分压力气体经两次减压后到电磁阀2 7 ，电磁阀2 7 控制压 力气体是否送入清洗罐2 8 ，当需要清洗混合头时，打开阀2 9 ，控制电磁阀2 7 将 压力气体送入清洗罐，清洗罐内的清洗液被压入混合头，将混合头中残留的混 合胶冲刷掉。清洗罐里的气体压力保持在小于0 2 m p a 。阀2 4 是安全阀，当前 6 面的减压阀因意外起不到减压作用时，该安全阀起到安全保护作用。当灌胶进 行时，电磁阀2 9 应关闭，防止胶液被挤入清洗罐内。 3 ) 抽真空部分一般情况下，胶液在使用前需经过发泡处理，因此，本机配 有抽真空系统，在密封状态下抽真空至o 0 9 m p a 。真空泵2 3 经过滤罐通往储胶 罐，过滤罐起缓冲作用，因为胶液在抽真空发泡过程中，可能产生大量的气 泡，带有部分胶体，易被真空泵抽出，因此加上过滤罐起到保护真空泵的作 用。 真空泵2 过滤灌3 、4 、7 、8 、2 9 闸阀5 、6 储胶灌9 、1 0 、1 9 、2 0 、2 7 电磁阀1 1 、1 2 计量缸1 3 摆杆1 4 、1 5 位置开关1 6 气缸1 7 、1 8 单向 节流阀2 1 油雾器2 2 、2 3 减压阀2 4 安全阀2 5 过滤器2 6 气源2 8 清洗灌 3 0 混合头 图2 3 系统液路、气路原理图 3 胶的处理工序 一、 胶的温度控制胶的有关温度方面包括加热和测控温两部分，加 热是对储胶灌中的胶进行加热和对计量缸中的胶进行加热。加热的温度控制 在4 0 。c 左右，当加热到四十度时停止加热。加热使用金属加热元件，感温元 件使用铂电阻，它将温度的变化转换为电阻值的变化，要求测温精度控制在 1 。使用测量电桥将电阻值的变化转换为电压的变化，再经后续处理来 控制。 二、 胶的抽真空处理胶在使用前要经过发泡处理，发泡处理后的气 泡需要抽出，以免混进混合胶中，产生灌封缺陷。抽真空时使用真空泵，在 真空泵的作用下，将储胶灌中气压控制在0 0 9 m p a 以下。 三、 胶的液位检测灌封设备的补充胶液是通过往储胶灌添加胶液，这 部分是由人工完成的，灌封设备带有液位检测装置，通过该装置实现液位过 低报警，提醒要加胶。液位检测原理如下图所示： 图2 4 液位检测原理图 该测量原理采用连通器原理，u 形管一端用法兰接储胶灌的底部，另一端 封闭闭，封闭中的气体开始的压强为大气压p o ，和储胶灌相连时，在储胶灌 中的胶液的压力作用下，封闭的气体压强会产生变化，气体压强的大小和液 位的高低有关，在极限位置时的压力用试验方法测出，当u 形管中的封闭气 体压力小于该值时，报警电路报警提醒加胶。 第三章 出胶机构和胶量比例调节机构 1 出胶机构和比例调节机构简介 在灌封机中，需要保证两种胶的畅通流出，使其在混合头处混合，在被灌封 对象上凝固，形成灌封。 在推动力方面选用气动方式，因为相对于液压方式， 气动元件具有控制方便、成本较低的优点。对于电磁驱动件，会对灌封机的控制 器产生干扰，影响系统的稳定。在灌封中要保证两种胶的比例关系和精确计量， 若两者的比例关系不正确会影响两种胶的混合，不能固化，称为“烂胶”，另外 不同的胶对两者的比例要求不同，要求设计一比例调节装置。还有出胶量必须精 确，总的出胶量误差不得超过1 5 9 o 1 m，根据厂家要求的指标( 要求每 m m 灌胶量在2 a 胶和b 胶的比例调节范围为1 ：1 l ：o 7 ) 设计该部件。 下图是设计的示意图： 混台头 膦a 腓 匕 ! i 电磁阏 厂 蒜 l 厂7 i = 帝 叫睦_ il 刖 _ d 国 图3 一l 出胶和比例调节机构示意图 图中a 、b 是计量缸，a 、b 缸的左腔通过电磁阀和混合头或储胶罐相连， 通过电磁阀的接通方向来控制胶的流向。c 是气缸，活塞杆由高压气体推动， 也有一电磁阀控制其左右移动的方向。工作情况是这样的： 当气缸c 左腔通高压气体时，活塞向右移动，气缸c 的活塞杆和计量缸a 的 活塞杆相连，而计量缸a 的活塞杆又通过摆杆和计量缸b 的活塞杆刚性连在一 起，摆杆一头可动，另一头绕固定点转动，这样带动计量缸a 、b 的活塞向右 移动，这时的电磁阀是和储胶罐相连的，胶量由储胶罐流入计量缸。当注满计 量缸后，气缸c 的右腔通高压气体，气缸的活塞向左运动。运动到一定距离时 候，计量缸的电磁阀和混合头相连。气泵继续推动活塞杠向左运动，计量缸的 胶开始流出，a 、b 缸的胶在混合头处混合，开始灌封。当需要调节两种胶的 比例时，将计量缸b 向上移动，两计量缸是放置在槽钢上的，这样移动槽钢 就改变了两者的比例关系，进而改变了两种胶的比例。 下面介绍各个零件的设计。 2计量缸组件设计 一、计量缸a 组件的设计1 5 1 1 6 | 1 7 i 1 计量缸a 的缸体设计 计量缸a 采用活塞推动，根据要求：气缸每向左移动l m m ，l ：l 时单胶 出胶量为2 9 ，胶为聚氨脂，密度与水的密度相近，大约为1 0 2 9 c m 3 。 1 ) 缸径的计算 m = pv v = ( d 2 ) 2 l m m 。 d ：，4 * m v 巧d ，带入数值得 式中m 一储胶量 单位g p 一胶的比重单位g l c m 3 v 一胶所占的体积单位c d 一计量缸的内径单位c m d ：、! 竺；! 塑：4 9 9 7 8 卅所，取直径：d _ 5 0 m m 。 v3 1 4 + 1 0 2 2 ) 缸的工作长度计算缸的工作长度是由一次灌封时所需要的灌封量决定 的。一次灌封所需的灌封量为1 5 0 克3 0 0 克。按最大的灌封量并按比例1 ： o 7 计算，a 缸所占的比例为1 7 6 克，所需的长度为1 7 6 2 = 8 8 m m 。取工作长 度为1 0 0 m m 。 3 ) 活塞的直径和宽度活塞的直径为缸的内径，宽度选择为1 0 d = 5 0 m m 4 ) 计量缸的补胶部分储胶灌中的胶流入计量缸时，常会因为阻力作用，使 胶不会布满计量缸的内腔，产生计量误差，为此在计量缸还附加了补胶部分 的。补胶部分的设计原理为计量缸的两头都开有进胶口，而补胶部分的进胶口 所连的计量缸的内径比正常进胶口大，当活塞向左运动时，胶进入计量缸，而 不满的部分有补胶口进入的胶来补，使胶充满内腔。计量缸的这部分长度比活 塞的宽度略长，定为7 5 m m ，内径定为7 0 m m 。 5 ) 缸体的壁厚缸体的壁厚的选择从安装的方面考虑。端盖和缸体采用法兰 连接，缸体的外径定为9 0 r a m 。 6 ) 进胶1 ：3 和出胶口进胶口和出胶口的大小和胶的性质有关，为保证在重力 作用下胶顺利进入缸体中选用m 2 7 x2 的螺纹连接尺寸。 0 7 ) 缸体的材料缸体材料采用4 5 号钢，表面硬度在h b 2 4 0 h b 2 8 5 图3 2 计量缸a 的缸体零件图 2 缸体和活塞的配合尺寸公差缸体和活塞之间的配合要求两者既能灵活 滑动叉能防止泄漏，因为采用密封圈容易产生密封圈被胶粘住的现象，所以在 这里采用的是间隙密封，利用胶的粘性来防止泄漏，起到密封的作用。活塞的 材料采用磨损较小的青铜，以减少磨损。缸体内径的精度等级采用7 级精度， ， 和活塞的配合采用基孔制配合，配合等级为二兰，查公差手册可以知道在内径 9 6 为5 0 m m 的情况，孔的上下偏差分别是0 0 2 5 m m 和0 ，活塞的上下偏差分别为 0 0 0 9 m m 和o 0 2 5 m m ，这样活塞和缸体配合的极限间隙为0 0 0 9 r n m 到 o 0 5 0 m m 。在实际的计量缸的装配中，活塞和缸体会出现垂直度误差，以及活 塞杆的自重的影响，会使活塞处于倾斜姿式沿缸壁运动，造成最小间隙的减 小。所以在活塞的外形设计采用了圆桶形状而不是圆柱形。零件图见图3 - 3 ，计 量缸还需有一些其它的技术要求，如要控制内腔孔的轴线与端面的垂直度误 差，内孔轴线的直线度误差，以免误差过大，造成活塞运动的困难。参照液压 缸的设计要求设计。这里取内孔轴线的直线度误差不大于o 1 1 0 0 0 m m ，垂直度 误差不大于0 0 3 m m 。在装配时，通过对研磨，保证配合要求。 图3 3 计量缸a 活塞零件图 3 缸盖和缸体的连接 缸盖是直接和缸筒连接的密封盖组件，是计量缸的封口，与缸筒构成 封闭的容腔其中计量缸设计成水平放置，缸盖不仅要求起到密封的作用， 还要起到固定缸体的作用，以及和活塞杆的导向、密封等。参照液压缸缸盖 和缸筒的连接，连接方式有很多种，有拉杆连接、焊接、螺纹连接法兰连接 以及卡环连接”】等，法兰连接结构简单、加工和装坼都很方便，和底座的连 接也很简单。所以在计量缸中采用的是法兰连接。缸盖的零件图见图3 - 4 。 缸盖中有一部分需要与活塞杆配合，这部分还要求对活塞杆的密封，采用的 是在缸盖中嵌入密封轴套的方法。缸盖和密封轴套的零件图如图3 - 4 和3 5 以及图3 6 所示。 图中缸盖和缸体的配合采用o 形密封圈密封，o 形橡胶密封圈应用比较广 泛。在工作介质浸有压力时，依靠预压缩变形后的弹性力对密封接触面施以 一定的压力，从而达到密封的目的，这里属于静密封，参照液压系统中的o 形橡胶密封圈的沟槽尺寸计算的有关标( g b 3 4 5 2 3 8 8 ) 进行设计的。密封 圈的沟槽尺寸和密封圈的选择计算按g b 3 4 5 2 3 8 8 计算步骤为： 缸内径d 4 为5 0 h 8 m m 进用3 5 5 0 4 3 7 0 的o 形密封圈。缸内径 d 。= 5 0 ，沟槽深度t = 2 7 4 ，按式( 3 - 1 ) 计算沟槽的最大直径 图3 - 4a 缸左缸盖的零件图 d ，。= d 4 m i n 一2 t i i l 厉辩 一浮呵 窗 7 n 士 量 a 缸右缸盖的零件图 d 3 。= d 4 。一2 t = 5 0 - - 2 2 7 4 - - 4 4 5 2 m m 沟槽尺寸公差也按照液压密封的沟槽尺寸公差，在o 形圈截面直径为 3 5 5 m m 时，沟槽的槽底直径公差为0 0 7 ，上偏差为0 ，下偏差为o 0 7 。槽 宽度公差为0 2 5 。则槽的尺寸标注为4 8 ：2 5 0 4 4 5 2 1 0 0 7 。在a 缸右盖中还 嵌入密封轴套，该密封轴套采用铜材料，以减小磨损，密封轴套的零件图如 图3 5 所示。 图3 - 6a 缸端盏密封轴套零件图 f ，1 图中由2 5 的孔与活塞杆配合，配合的精度等级为巾2 5 _ ，中2 5 h 7 的极 g o 【r 1 限尺寸为中2 5 炒。轴套和缸盖的配合采用的是巾3 8 _ 3 11 ，由3 8 r 6 的极限尺寸 r o 为巾3 8 。0 0 5 ：，采用的是过盈配合。由2 9 4 是密封槽底直径。活塞杆的密封采用 的是o 形密封圈密封。密封槽的设计也参照液压缸的活塞杆密封槽设计的标准 进行设计，按下面步骤计算确定沟槽的直径d 6 ：活塞杆的直径d 5 = 由2 5 。- - 0 0 。0 ：，0 形密封圈的选用查表( g b 3 4 5 2 3 - 8 8 ) ，选用3 5 5 0 2 5 0 0 的密封圈。 d 5 m “= 2 5 0 0 0 7 = 2 4 9 9 7 m m ，沟槽深度t = 3 0 7 ，按式( 3 2 ) 计算沟槽的最小直径 d 6 “。= d 5 。+ 2 f “( 3 2 ) d 6 。m = d 5 。+ 2 t = 2 4 9 9 7 + 2 3 0 7 = 3 1 1 3 7 查沟槽尺寸公差得d 6 = 3 i 1 3 7 沟槽宽度6 = 2 5 r a m 。 4 活塞杆的结构设计活塞杆的直径要满足强度要求，d = o 5 d = 2 5 m m 。计量缸 所受的力较小，这里不进行强度校核和稳定性校核。这里介绍活塞杆的结构。 活塞杆和活塞采用螺纹连接，活塞杆与气缸活塞杆的连接通过连轴块也采用螺 纹连接。 图3 7 活塞杆的零件图 二、计量缸b 组件的设计 计量缸b 的内径由在胶量比例为1 ：l 时来确定，按前面介绍的公式计算， 见图3 1 。 a ：b = 加p _ s ：加b 2 p 口s b2 i ：l ( 3 3 ) 其中s 。，s 。分别为两计量缸的活塞杆移动的距离 岛，岛分别为两种胶的密度。在这里取p 。= p 。 式( 3 3 ) 可以写成 蠹= ，其中毒= 每，按娴先乩= s o o m ，定 d 日= 5 5 m m ，则l b = 6 6 1 2 r a m ，两计量缸的中心间距为8 0 0 6 6 1 2 = 1 3 8 8 而两计量缸的半径之和为2 7 5 + 2 5 = 5 2 5 m m ，空间不会干涉，满足间距要求， 当两胶的比例要求在l ：o 7 时，即 旦：生! ；上 d b 2 s 日d n 2 厶o 7 厶= 4 6 2 8 m m ，b 缸移动的幅度为6 6 1 2 4 6 2 8 = 1 9 8 4 m m 。 b 缸的内径为5 5 m m ，b 缸的工作长度按比例以及结构计算，取l = 2 0 0 m m ，计量 缸b 组件的零件图形状和计量缸a 组件的形状相似。 三、计量缸活塞杆和气缸活塞杆以及和摆杆的连接 计量缸活塞杆和气缸活塞杆的连接通过连接块来连接，连接块的两端都有螺 纹孑l ，分别和计量缸的活塞杆的端部螺纹和气缸的活塞杆的端部螺纹连接，连 接块中间还钻有- - q 。h ，通过一连接轴将连接块和盖板相连，盖板用螺钉固定在 计量缸的缸盖上，盏板还铣有槽，连接轴在槽中移动，限制了摆杆的摆动，使 之只能在一直线上移动，限制摆动的幅度，以及限制了活塞的遨动，起到缓冲 的作用，在位置传感器失效的情况下保护了计量缸。连接轴和盖板的槽通过一 铜套连接配合，以保护连接轴，减少运动的摩擦磨损。 圈3 - 8 计鬣缸a 的装配草图 1 左端蔬2 密封圈3 计餐缸筒4 活寒5 计量缸活塞杆6 右端盏7 轴套8 万向节 9 连接轴1 0 铜套1 1 铜套1 2 摆杠1 3 盖板1 4 气缶r 活塞秆1 5 槽钢 在装配时，计量缸活塞秆和气缸活塞秆通过连接块、辅助轴、万向节连 接，通过使用万向节可班降低对计量缸活塞氟和气缸活塞杠的对率度的要 求，不至于在两者对中度太大盼情况下，会逸成运动被卡往的故障。计羹缸 a 缢僻和气敷装鬟固定在槽钢上鬻，计量酝b 组件也番定在雯一块禳镅上 面。巍要改变a 黢和b 胶豹比例关系时，改变两槽钢之阕的间距，这通过移 动一撼钢涞实现，这攫是霪定计爨b 缎豹槽锶移动。摆救通趱连接轴安放在 盖板土，盏板的零件图见图3 9 掰示。气救活塞运动爨尊带动连接块、透接 轴、摆桎囱发运动。摆桎上还连接着计量缸b 缎件装配书的连接轴，这攒也 就带动了计量缸b 活塞枉豹运动。其中摆扛的一头固定，中间垫着一支撑导 轨，使摆杠的另一头悬空不和连接块接触。这里将摆杠放置在连接块的上方 主要是为了拆卸方便。 l 阳。 比* 黝沥钐钥彭钐形彩髟钐彩黝 审 南 ，ll 。 t1 。 岔 f 一 垃 n n 3 - 9盖板的零件图 7 第四章x y 二维运动工作台 l 概述 灌封设备需要在平面上运行一定的轨迹，这需要借助二维导轨来实现。 灌封设备的运动精度和灌封对象( 微波炉) 有关，在微波炉灌封中要求导向精 度在o 1 m m 之内。下面先比较一下各种导轨的特点【8 】： 普通滑动导轨： 1 ) 结构简单，使用维护方便 2 ) 没有形成完全液体摩擦，低速易爬行 3 ) 磨损大，寿命低，运动精度不稳定。 滚动导轨 1 ) 运动灵敏度高，低速运动平稳性好，运动精度高 2 ) 精度保持性好，磨损少，寿命长，移动轻便 3 ) 刚性和抗振性差，结构复杂，成本高。 贴塑导轨 1 ) 动导轨表面贴塑料软带等与静导轨( 铸铁导轨) 搭配，摩擦系数小，不易 爬行抗振性好 2 ) 贴塑工艺简单 3 ) 刚度低，耐热性差，容易蠕变。 通过上面的比较，可以看出，虽然滚动导轨具有运动灵敏度高平稳性好 的优点，但由于其结构复杂，价格较高，使用滚动导轨会增加灌封设备的成 本。为此选用了目前在普通机床中广泛采用贴塑导轨。它改善了普通滑动导轨 低速易爬行的缺点，而且贴塑工艺简单。现在使用的塑胶大部分是聚四氟乙 烯，它具有以下几个优点【9 】： 1 ) 宽阔的温度使用范围它可以在一2 5 0 至2 6 0 的范围内长期连续使 用。 2 ) 优异的化学稳定性 3 ) 高的电绝缘性而且不受环境条件、工作温度、湿度和频率的影响 4 ) 突出的表面不粘性。几乎所有的粘性物质都不易粘附在它的表面。 5 ) 良好的润滑性 6 ) 摩擦系数很小，动摩擦系数和静摩擦系数相差很小，在低速时也不会出现 爬行现象。 7 ) 易于机械加工 这些优点决定了聚四氟乙烯在贴塑导轨中的广泛应用，而且耐磨性比铸铁 一铸铁组合的导轨高得多，能够长期保持精度。万一润滑系统出现故障，润滑 油未及时注入，它可以靠自润滑的性质避免导轨面擦伤。由于软带的硬度比金 属低，磨损发生在软带上，维修只需更换软带。所以在这里采用了聚四氟乙烯 软带的贴塑导轨。 2x y 二维台工作设计 要求：导轨移动范围为4 0 0 r a mx4 0 0 r a m 运动灵活，导向精度为0 1 m m 。 对于矩形贴塑导轨，有几种型式：三角形、矩形，燕尾形导轨等。下面 比较各种型式导轨的特点 s i t o j 【i ： 三角形导轨：导向精度高、磨损后能自动补偿，凸形有利于排屑，不 易保存润滑油，一般用于低速的情况。 矩形导轨：制造简单、承载能力大，磨损后不能自动补偿间隙，必须 用镶条调整间隙，导向精度低，需要好的防护。 燕尾型导轨：制造简单、磨损后不能自动补偿，用一根镶条可调整间 隙，结构紧凑，调整方便。 圆柱形导轨：制造简单，内孔可研磨、外圆采用磨削可达到配合精度、磨损后 不能自动调整间隙。 导轨常见的组合形式有：三角形一三角形，矩形一矩形，三角形一矩形，燕 尾形、矩形一燕尾形，以及双圆柱等组合形式。考虑微波炉灌封对象的特点， 即其对导向精度要求不高，这里采用采用矩形一矩形组合形式的导轨。它具有 刚性好，承载能力好，加工维修容易的优点，而且导向精度也满足微波炉灌封 需要。参照机床导轨的设计，设计的导轨的形状见图4 - 1 ： 从图中可看出二维运动导轨的主要组成有：工作台、基座、滚珠丝杠副及其 支承、间隙调整装置。下面介绍这些零部件的设计、选用和校核 i 0呷 s且 降 习 - 开 o v k 一 1 喇 呷 l l 已 图4 - 1 矩形贴塑导轨装配草图 图中1 为间隙调整螺钉，2 为动导轨( 滑块) ，3 为固定导轨，4 为工作台，5 为轴承座。 一、工作台 工作台上放置的零件有：异步电机，减速器。其中异步电机是带动减速器转 动，进而带动与灌胶头相连的轴的摆动，需要的异步电机的功率为0 1 8 k w ，电机 有几种安装形式，以i m b 3 为参考，以6 3 的机号座确定尺寸。 机座 6 3 图4 - 2 异步电机的外形尺寸及安装尺寸 加上减速器的外形尺寸和伸出轴，可先确定工作台的外形尺寸为 4 0 0 r n m 3 6 0 m m 2 0 m m 。 6 一卜 ! 。 。穸 c l 。，d。 丑 l 一 i 旦叫 l i 旦z 4 n n 图4 3 工作台的外形尺寸和定位尺寸 因为工作台还需要由滚珠丝杠螺母带动，而螺母要通过连接块和工作台联在 一起。连接块的外形尺寸为8 0 m m 4 0 m mx8 0 m m ，方块居中放置。可以设计 沉头孔巾1 l 的孔深度为4 m m 。这样设计的工作台基本上已经确定了其外形 尺寸和定位尺寸。 二、动导轨和固定导轨i 哪1 1 1 i 1 导轨面宽度b 导轨面宽度与导轨承载大小有关，以及动导轨的长度有关，导轨的承载重量 主要有：异步电机的重量和减速器的重量。查手册可知，选用的异步电机的 重量为6 5 k g ，减速器的重量为5 k g ，没有受到冲击力，导轨的受力较小， 主要的结构尺寸是由结构来确定。这里主要参照机床矩形导轨的系列尺寸来 定的，取b = 2 5 。 2 两幅导轨的跨距l 导轨的跨距较小时，可以减小导轨的外形尺寸，节约材料，但跨距太小而 载荷的作用点偏置时，会使运动件不稳定，这里取1 = 2 7 5 m m 3 动导轨的长度l 在允许的情况下。动导轨长度取较大值对导向精度有利，因为： a ( 1 ) 当在存在间隙时，引起运动部件的倾斜，其角度误差施= 等。当l 越大时，角度误差越小。 ( 2 ) 当牵引力r 与导轨摩擦阻力的合力不在同一直线上时，力矩m 将使运动 导轨倾斜，并增大运动阻力，严重时候还会使导轨发生自锁，而动导轨长度增 大时阻力减小。 在工作台面外形尺寸确定的情况下，将动导轨和工作台做成一体，这样可增 加刚度，工作台的外形尺寸为4 0 0 r a m 3 6 0 r a m 2 0 m m 。在长度方向上， 动导轨的长度与工作台的长度相同，l = 3 6 0 m m 。 图4 - 4 工作台的外形图 在动导轨上加工出贴塑工艺所需的槽，槽深为0 ，5 m m ，宽度比聚四氟乙烯 软带的宽度略宽，根据贴塑的工艺要求，槽的表面粗糙度为6 _ 3um ，其它两 个动导轨形状与此相似，尺寸略有不同，在这里不绘出。固定导轨的长度和 导轨的移动范围有关，根据要求导轨的移动范围为4 0 0 r a mx4 0 0 r a m ，从图4 1 中可以计算出需要地固定导轨的长度。 三、导轨的间隙调整 矩形导轨在磨损后，不能自动调整间隙，需要设计间隙调整装置，这里 采用常用的平镶条调整的办法，平镶条的宽度b = 5 m m ，用螺钉调整动导轨和 固定导轨的间隙。 四、导轨的润滑“ 由于导轨采用贴塑导轨，可以在干摩擦状态下运行，导轨的润滑采用间 隙式润滑方式，在聚四氟乙烯软带上开出油槽尺寸。尺寸大小按照机床贴塑 导轨的油槽规格。具体的尺寸如图4 5 所示 = 目 l j 匕= i 上= l r 图4 5 导轨润滑油槽尺寸 五、导轨的贴塑工艺嗍1 1 0 1 1 1 1 i 贴塑导轨的制造工艺如下所述 i 、确定软带宽度、粘带槽宽与槽深 根据导轨尺寸选择软带宽度、确定导轨体上粘带槽的宽度及深度，其尺寸见 图4 5 所示 1 移动导轨体2 聚四氟乙烯软带 图4 - 6 聚四氟乙烯软带导轨截面 软带导轨的宽度为b = 3 0 m m ，粘带槽宽b 1 = 3 1 5 m m 2 、粘接工艺 ( 1 )用钠基溶液处理软带的粘接面 3 支承导轨 粘带槽深t = o 5 m m 。 ( 2 )将粘接表面拉毛 ( 3 )清除油污 ( 4 )涂胶粘接0 。1 0 。2 m m 厚 ( 5 )加压粘接固化 3 、软带导轨技术条件 ( 1 ) 材料要求软带的质量与性能要符合g b l 0 9 0 4 8 9 的规定、粘 接剂的性能应满足粘接工艺和使用要求、相配导轨的材料与硬 度要求应符合有关标准的规定。 ( 2 )粘接要求 软带粘接时接缝要严密、边缘应平直。粘接前应 将粘接表面清洗干净，不得有绣斑、油渍和其它污物。涂胶粘 剂的表面必须干燥，胶层应涂不均匀，粘接后必须加压，加压 的压强为0 。0 5 0 i m p a 。固化条件按使用的胶粘接剂的要求 进行确定。固化后清除外溢涂胶，切去软带工艺余量及倒角。 粘接面问不允许有脱胶、明显气泡和移位等缺陷。 ( 3 )软带导轨的粘接应可靠，在使用期间不得出现故障。 其它还要符合加工与装配要求、设计要求以及检验要求等 六、横向导轨和纵向导轨的连接 要把横向导轨和纵向导轨连接起来，是用螺栓连接来实现的，下层支承台 上加工出连接螺纹孔，用螺栓将纵向导轨和横向导轨连接起来。 七 、x y 工