口红中束组件装配自动对中定心机构的改进.docx

jo urnal of sooc how university( engineering science ed itio n) aug120022002 年 8 月文章编号 :1000 - 1999 (2002) 04 - 0055 - 06口红中束组件装配自动对中定心机构的改进刘传慧 ,樊琳 ,陶 华 ,张骥( 苏州大学机电工程学院 ,江苏 苏州 215021)摘要 :对口红中束组件自动对中定心机构的改进主要是从定位基准选择的角度进行考虑和分析 ,从结构上进行了改进 ,并相应的对 plc 控制程序进行了编写 ,同 时进行了虚拟制造和过程仿真 。关键词 :对中定心 ;定位基准 ;可编程控制器 ;虚拟装配中图分类号 : tq05文献标识码 :a目前 ,国内化妆品行业中 ,口红产品的装配过程仍然以流水线人工装配为主 ,和国外先进自动装配线相比较 ,质量和生产率都比较低 ,仅能够生产中 、低挡的口红产品 。为了提高 市场的竞争性 ,国内部分企业开始引进先进装配技术 ,通过消化和吸收 ,目前已实现了部分 装配工序的自动化 。但在实际生产过程中仍存在着一些技术方面的问题 。本文针对口红中 束组件自动装配线对中定心和推进机构存在的问题进行分析 ,并对该结构加以改进 。存在的问题1图 1 中束组件口红中束组件配合精度要求比较高 ,体积比较小 ,质量比较轻 ,属于薄壁低刚度壳体类的零件 (如图 1 所示) 。中束组件自动装配工序的工艺流程见图 2 ,中束和金属外壳分别通过振动盘自 动排列成行 ,金属壳内孔上胶后 ,中束组件的第一个装配环节是将口红组件的塑料中束装入金属 外壳中 。这一过程通过定心机构实现金属外壳与塑料中束的传送 、对中定心和装配 。整个机构动作过程的顺序控制由 plc 可编程控制器完成 。从装配线现场观察到 ,平均装配 1020 件就会 出现故障停机一次 ,原因主要有两个方面 :一是中束中心没有准确对准金属外壳中心 ,水平方向 有一点偏斜 ,外径尺寸偏大的塑料中束与薄壁金属外壳装配时会相碰 ,导致金属外壳的变形损收稿日期 :2002 - 01 - 10作者简介 :刘传慧 (1978 - ) ,男 ,苏州大学机电工程学院硕士研究生 ,主要研究方向为机电一体化 。苏州大学学报 ( 工科版)第 4 期56坏 ;二是塑料中束推进机构的设计欠合理 ,塑料中束被推杆装入金属外壳后 ,推杆回退有的塑料中束会被推杆带出 ,造成产品的报废 ,并引起自动线停机 。图 2 机器工作原理111 定位基准的选择中束组件自动线采用水平装配方式 ,图 3 为入中束出口导向机构 ,金属外壳以固定座半 圆元件定位 ,而塑料中束用自动对中活动半圆块 7 和推杆端部外圆定位 。由于原装配机械 制造中 ,塑料中束螺旋导向件推进机构零件都装配在平板面上 ,以平板面为装配基准 ,累积装配误差较大 ,实测达 0 . 093mm ,而塑料中束螺旋导向件 金属外壳装配过程中要求装配 精度为 0 . 06mm ,即机构误差已超出了产品容许的极限偏差 ,也就必然导致装配过程不能顺 利执行 ,因而会发生停机故障 ,甚至产品破坏报废 ,影响生产效益 。1. 中束入螺旋推杆 2. 螺旋推杆导向座 3. 螺旋座 4. 入中束出口导向座5. 入中束出口压条 6. 入中束出口侧导板 7. 活动半圆块 8. 挡板9. 固定座连接板 10. 固定座 11. 金属外壳 12. 钢板图 3 入中束出口导向机构1. 2装配基准标准尺寸1. 固定座连接板 2. 固定座 3. 金属外壳图 4 固定座机构由图 4 所示 ,固定座的高度 :第 22 卷刘传慧 ,樊 琳 ,陶 华 ,张 骥 :口红中束组件装配自动对中定心机构的改进57h = h1 + h2 + h3 ,这里 ,h1 = 56mm , h2 = 12mm , h3 = 8 . 08mm ,可得h = 56mm + 12mm + 8 . 08mm = 76 . 08mm ,各尺寸取经济公差 ,可得累积公差 : t = t1 + t2 + t3 ,其中 ,t1 为 h1 的经济公差 ,取为 0 . 03mm ,t2 为 h2 的经济公差 ,取为 0 . 018mm ,t3 为 h3 的 经济公差 ,取为 0 . 015mm 。t = 0 . 03mm + 0 . 018mm + 0 . 015mm = 0 . 063mm。即 h = 76 . 08 - 0mm ,也就是产品固定在固定座上以后相对于平板面的高度 。0. 063为了使塑料中束螺旋导向件能顺利装入金属外壳中 ,必须使塑料中束螺旋导向件与金属外壳保持同心 ,同时推杆也要与金属外壳同心 。要保证中束入螺旋推杆的中心高度 h4 、螺旋推杆导向座的孔中心高 h5 、螺旋座的定位孔中心高 h6 、入螺出口孔中心高 h7 和入中束0出口挡板孔高 h8 相等 ,即都为 76 . 08 - 0. 03 mm ,取各尺寸的经济公差为 0 . 03mm 。同时 ,中束入螺旋推杆 、螺旋推杆导向座的孔 、螺旋座的定位孔 、入螺出口孔和入中束出 口挡板孔同心 。原机构设计尺寸中螺旋推杆导向座的孔 、中束入螺旋推杆 、螺旋座的定位孔 、入螺出口孔和入中束出口挡板孔中心高度都为 76 . 08mm ,与上述计算结果相符 ;但实际加工后的零件 中螺旋推杆导向座的孔 、入螺出口孔和螺旋座的定位孔的中心高度为 75mm ,小于计算尺寸 , 因此导致了对中定心的偏差 。113 定心元件的选择口红中束组件为薄壁壳体圆柱体 ,中束采用活动式半圆块结构 ,其优点是对中性好 ,可 以准确确定零件中心 ,不受零件直径误差的影响 ,并且制造和安装方便 。金属外壳采用固定半圆块 ,结构简单 ,制造方便 ,但零件外壳的尺寸公差会引起定位误差 。1. 4 推杆的端部结构推杆端部为阶梯圆柱体 ,如图 6 所示 ,是中束定位基准之一 ,长度有 10mm 插入塑料中 束内孔并推中束进入金属壳 。由于塑料中束成型后的内径尺寸大小与设计尺寸有一定的偏 差 ,使得推进机构的推杆与塑料中束的配合较小 ,甚至有时还会出现过盈配合 ,从而使推杆 在退回的过程中容易带出塑料中束 ,造成产品的报废 。影响自动线准确装配可以归纳如下 :1) 基准尺寸设计有误和推杆端部结构不合理 ;2) 自 动线制造和装配质量不高 ,装配误差过大 。2 改进措施2. 1选择合理的定位基准在原机构中 ,仅利用固定座来实现金属外壳的步进和定位 。改进后的机构中以固定座 为基准来装配塑料中束螺旋导向件推进机构 ,减少了发生累积误差的环节 ,如图 5 所示 。其中 ,t0 为装配精度 ,t1 、t2 、t3 和 t4 分别为图 3 所示尺寸 h1 、h2 、h3 和 h4 的公差 , h1 为苏州大学学报 ( 工科版)第 4 期58图 5 误差分析固定座连接板高度 ,h2 为固定座底面与圆弧中心的高度 ,h3 为金属外壳的中心高度 ,h4 为螺旋推杆导向座的孔中心高 。改进后机构累积误差为 : t = t3 + t4 = 0 . 015 + 0 . 03 = 0 . 045mm ,即选用固定座为机构装配基准时 ,机构累积装配误差为 0 . 045mm ,金属外壳装配过程中 要求装配精度为 0 . 06mm ,可以满足产品装配精度要求 。2. 2 推杆端部结构的改进为了解决推杆在退回的过程中容易带出塑料中束的问题 。原来机构动作的顺序是推杆 在退回以后再将塑料中束挡板抬起 ,这里通过改变机构动作的顺序 ,即 : 先将塑料中束挡板 提起 ,然后再使推杆退回来防止推杆在退回的过程中带出塑料中束 。这需要对推杆结构进 行适当的改进 。推杆的结构如图 6 所示 ,在推杆的导向头部铣出一个平台 ,这样在塑料中束挡板抬起的时候 ,先顶住平台 。当推杆后退的时候 ,挡板便把塑料中束挡住 ,从而使塑料中束停留在金 属外壳中 。由于推杆与推进气缸之间用的是万向连接 ,为了保证推杆平台的位置 ,在推杆上 铣出了一个导向槽 。改进后的推杆结构如图 7 所示 ,推杆挡板如图 8 所示 。图 6 推杆图 7 改进后的推杆图 8 推杆挡板机构示意图2. 3 中束出口到向孔的改进经过对实际生产的装配线现场的分析测量 ,发现入中束出口导向座的导向孔存在严重 的偏差 ,导向孔没有位于出口导向座的中心线上 ,而是向一侧发生严重的偏离 。为了校正入中枢出口导向座的导向孔的位置 ,同时又不浪费材料 ,这里仍然利用原来的零件 ,用线切割机床 ,找准零件的中心线位置 ,加工出一个较大的圆孔 ,这样可以除去原来的偏心孔 ,同时大 孔又准确的位于零件的中心位置 ;然后再嵌入一个铜套 ,使铜套的内壁尺寸与原来的导向孔 尺寸一致 ,这要可以纠正导向孔的位置偏差 。具体如图 9 所示 。图中 (a) 为导向孔与理想孔的偏差示意 ,实际偏差为 2mm , ( b) 为用线切割机床要割出的大孔位置示意 , ( c) 为嵌入铜套 以后孔的位置示意 。为了使螺旋推杆顺利导入塑料内壳 ,在螺旋推杆的端部倒圆角 。图 9 加工示意第 22 卷刘传慧 ,樊 琳 ,陶 华 ,张 骥 :口红中束组件装配自动对中定心机构的改进592. 4 改进后的 plc 可编程控制器程序流程图可编程控制器 ( programmable controller) 是计算机家族中的一员 ,是为工业控制应用而设 计制造的 。它具有丰富的输入 、输出接口 ,并具有较强的驱动能力 。本装配流水线的基本动作控制都是利用 plc 来实现的 ,从而实现生产过程的自动化 。由于 plc 采用不同于一般计算机的编程语言 ,需要用专门的编程工具将用户程序写入 plc 的用户程序存储器中 ,这里 采用便携式编程器 ,因此 ,程序修改也比较容易实现 。这里由于机构的动作顺序进行了变 化 ,相应的程序也要改变 ,其流程图如图 10 所示 。图 10 流程3虚拟装配和仿真ug 具有三维实体建模 、装配建模 ,生成直观可视的数字虚拟产品的功能 ,并对产品进行运动分析 、干涉检查 、仿真运动及载荷分析 。利用 ug 来进行虚拟装配 ,可以大大节约设计 成本 ,更能方便的找出设计前期的错误 ,从而缩短产品的生产周期 ,有利于提高生产率 。采用 ug 进行虚拟装配 ,其基本步骤为 :进入 ug 程序首先选择 filenew 命令 ,打开 newpart file (新零件文件) 对话框 ,然后在该对话框中的 units 选项中单击 millimeters ( 毫米) ,再 输入文件名 ,最后点击 ok 按钮 ,可以绘制零件图 ;当绘好所有的零件图以后 ,选择入中束出口导向座作为装配基准 ,进行装配 ,选择 assemblies ( 装配) edit structure ( 编辑结构) add ( 添加) ,可以将零件导入 ,再选择合适的基准来完成装配 。部分装配如图 11 所示 。图 11 对中定心机构装配完成后 ,通过产品生产过程的仿真 ,发现改进后的机构完全符合生产要求 。苏州大学学报 ( 工科版)第 4 期604结论通过以上分析计算 ,原口红中束组件自动装配机构存在的问题主要有以下几个方面 :(1) 机构设计不合理 ,加工精度不符合要求 ;(2) 装配自动线装配质量差 ,中束不对中 ,以及中束推入后会随推杆退回 ; (3) 中束塑料件毛坯尺寸变化 ,影响正常装配 。解决问题的措施 ,主要是 :(1) 对机构进行改进 ,提高加工精度 ;(2) 选择合理的装配基准 ,提高装配质量 ; (3) 选择合理的机构动作顺序 。对口红中束组件自动对中定心机构的改进 ,经装配过程仿真和现场的验证 ,完全能够满 足生产的要求 ,实现装配自动化 。参 考 文 献123456顾崇衔等. 机械制造工艺学m. 西安 :陕西科学技术出版社. 1998 .赵松年等. 机电一体化机械系统设计m. 上海 :同济大学出版社 ,1990 . j lgadazla :dimensional control in precision manufacturing ,1959 .蔡春源. 机械零件设计手册m. 北京 :冶金工业出版社. mitsubishi . handy manual fx - series programmable controller . 1991 . 张柏钦等. unigraphics 实作范例m. 北京 :北京大学出版社. 2000 .the impro vement of automatic assembl ingmec hanics in l ipstic k prod uctl iu chuan - hui ,fan lin ,tao hua ,zhang j i( college of mechanical & electric eng . of soochow university , jiangsu s uzhou 215021 , china)abstract : this paper focused on the problems of automatic assembling mechanics