摘 要: 电镀工作坏境恶劣,人工完成作业会影响工作效率,而且对工作人员身体健康有很大危害。为了改善工作条件,工业机器人广泛被应用于电镀。本文作者设计了一种用于电镀的工业机器人,主要完成在电镀槽池中的装料和卸料,夹持在电解液中的零件,以及在完成金属镀层循环之后抖动零件,清除电镀液的工作任务。为清除零件上附着的电镀液,作者设计了一种机械式专用抖振器。
关键词: 电镀工业机器人 机械系统设计 抖振器
1.电镀概述
电镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中,以被镀基体金属为阴极,通过电解作用,使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积,形成镀层的一种表面加工方法。镀层性能不同于基体金属,具有新的特征。镀层根据功能可分为防护性镀层、装饰性镀层及其它功能性镀层。电镀工作坏境恶劣,人工完成作业会影响工作效率,而且对工作人员身体健康有很大危害,为了改善工作条件,电镀工业机器人在生产中被广泛应用。
2.电镀机器人机械系统设计
2.1机械设计的原则与方式方法
机械系统总体设计是机械设计过程中极其重要的一步,对机械的性能、尺寸、外形、质量与生产成本具有重大的影响。总体设计应尽可能考虑人机关系、环境条件,以及与加工装配、运行管理系统等的联系,使机械系统与外部系统协调和适应,以求设计更加完善。机械系统的总体设计主要包括:总体方案的设计、总体布置的设计、主要参数的确定等内容。机械设计的基本要求:满足社会需求;可靠性的要求;经济性要求;安全性要求。本文针对电镀挂件零件进行了设计。
2.2水平移动系统设计
如图1操作机运动示意图所示:所有操作机的组成单元固定在由铝合金浇铸而成的平台上,自动操作机在四个轮子的驱动下沿导轨横梁移动:主动轮由双速电动机和蜗轮减速器驱动,用联轴器—圆盘连接,制动器对联轴器进行制动,双速电动机保证操作机高、低两种速度,从高速度过渡到低速度和停止运动由程序指令装置控制,位置的控制由非接触式行程开关和挡块进行控制。当操作机与障碍物相碰时,带传感器的紧急停车装置动作,传感器断开,双速电机接通制动器,使水平移动停止。
2.3提升装置系统设计
如图1操作机运动示意图所示:负载提升机构由带载重链的链轮和相互铰接的杠杆系统所组成,在杠杆上部以扇形齿轮结尾,在下部以齿轮结尾,它们相互啮合,保证位置的准确性。齿轮和杠杆的下端刚性连接在轴承中旋转的轴上,轴承都装在机体上,以齿轮和扇形齿轮结尾的杠杆系统促使横梁和夹持器向上和向下平行运动。为使夹持器在上、中、下三位置准确停止,采用停止机构,利用无触点行程开关进行控制。零件上附着电镀液由抖振器机构进行清除。
2.4抖振器设计
2.4.1抖振器工作原理
2.4.1.1链传动设计
链传动的特点和应用:链传动由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条所组成,以链作中间挠性件,靠链与链轮轮齿的啮合来传递动力。链传动没有弹性滑动和打滑,能保持准确的平均传动比;需要的张紧力小,作用于轴的压力也小,可减少轴承的摩擦损失;结构紧凑;能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作。链传动的运动分析:实际上,由于链传动为多边形效应,瞬时链速和瞬时传动比都是变化的。
2.4.1.2链传动的张紧布置
链传动中如松边垂度过大,将引起啮合不良和链条振动,所以链传动张紧的目的和带传动不同,张紧力并不决定链的工作能力,而只是决定垂度的大小。
张紧的方法很多,最常见的是移动链轮以增大两轮的中心矩。但如中心距不可调时,也可以采用张紧轮张紧(如图2链传动的装紧装置),张紧轮应装在靠近主动链轮的松边上。不论是带齿的还是不带齿的张紧轮,其分度圆直径最好与小链轮的分度圆直径相近。
2.4.1.3凸轮机构的应用
凸轮机构的组成:凸轮机构一般由凸轮、从动件和机架三个构件组成。其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件,它运动时,通过高副接触可以使从动件获得连续或不连续的任意预期往复运动。
凸轮机构的优点是:只需设计适当的凸轮轮廓,便可使从动件得到任意的预期运动,而且结构简单、紧凑、设计方便。凸轮机构的缺点是:凸轮与从动件间为点或线接触,易磨损,只宜用于传力不大的场合;凸轮轮廓精度要求较高,需用数控机床进行加工;从动件的行程不能过大,否则会使凸轮变得笨重。
查阅机械设计资料,由凸轮机构从动件位移线图可知,随着凸轮的循环周期转动,从动件的位移、速度都随之变化,利用此特征,可设计凸轮式的抖振器链轮花盘。
2.4.2抖振器设计
由图3抖振器装置示意图可见,在抖振器机体中安置链轮1和花盘2,在花盘2中有两个在自身轴上自由旋转的凸轮3。此外,在机体上装有在自身轴上摆动的杠杆4。在杠杆上端固定滚轮5,而在下端固定链轮6,与链条保持啮合。
在链轮1按逆时针方向旋转时,提升负载。凸轮3在链轮每转中两次干扰链条的均匀运动,因此负载有时迎着链条运动方向自由下落,然后突然停止,速度发生突变从而产生负载的抖动。
在链轮1按顺时针方向旋转,负载下降时,凸轮3的非工作表面与滚轮5相接触,被它放置在花盘腔中,链条不在引开方向,速度保持基本恒定,则负载将不再产生抖动。从而实现在提升负载时抖动清除零件附着电镀液,下降时不发生抖动,保持匀速。
2.4.3抖振器链轮(花盘配置)与链条设计计算
选用链条:链号08A;节距p=12.7mm;滚子直径d=7.92mm。
链轮基本参数和主要尺寸如下:
链轮齿数z:z=38;配用链条的节距p:p=12.7mm;
配用链条的滚子外径d:d=7.92mm;配用链条的排距p:p=2。
链轮主要尺寸如图4所示:
(1)分度圆直径d
d===158.75≈160mm (1)。
(2) 齿顶圆直径d
d=d+1.25p-d=160+1.25×12.7-7.92=167.9mm (2),
d=d+(1-)p-d=160+(1-)×12.7-7.92=164.2mm,
最终选取d=165mm。
(3)齿根圆直径d
d=d-d=160-7.92=152.08≈152mm (3)。
(4)分度圆弦齿高h
h=(0.625+)p-0.5d=(0.625+)×12.7-0.5×7.92=4.24mm (4),
h=0.5(p-d)=0.5(p-d)=0.5×(12.7-9.2)=2.39mm。
最终选取h=3.5mm。
(5)齿侧凸缘(或排间槽)直径d
d≤pcot-1.04h-0.76
=12.7×10-1.04×3.5-0.76=124.14mm≈125.0mm (5)。
根据链轮基本参数和主要尺寸对链轮结构尺寸、轴面齿廓尺寸进行设计计算,经校核满足使用要求。
起重链链条经计算选用链号08A;节距p=12.7;滚子直径d=7.92mm,查表得双排抗拉载荷Q为27.6kN,经校核链条满足工作要求。
3.结语
在电镀生产中要大量使用强酸、强碱、盐类和有机溶剂等化学药品,在作业过程中会散发出大量有毒有害气体,给工作人员的身体健康带来巨大危害。随着工业机器人的飞速发展,电镀专用机器人必将在工业生产中得到推广普及。电镀工段的全面自动化流水线工作毫无疑问成为电镀工业最重要的发展方向。随着自动生产线和柔性制造系统技术的发展,它会越来越成熟,其潜力无限。
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