一种胶带缠绕包边机的设计

黎勉，莫抒志，胡列文，黄国爵

(广东工业大学信息工程学院，广东广州510006)

在电子行业，某些场合，印刷电路板、玻璃板只需要单面腐蚀，为了提高效率，把两块印刷电路板不需腐蚀的一面合在一起，然后，用防水胶带把4 条边包起、密封，然后再送去腐蚀，这样一方面保护了不需腐蚀的面，同时也提高了效率。目前，把两块板叠平对齐以及胶带的缠绕都是采用手工操作，效率低，缠绕质量不好。为此，作者设计了一种可自动完成包边动作的专用设备。

1 工作原理

该设计如图1、图2所示，手动把两块板12、13不需要腐蚀的面合在一起，放进由4 块定位块18 组成的具有自动对齐功能的定位装置中，负压吸盘组件14 把下板12 吸住，顶升气缸15 把对齐的两块板12、13 顶起到胶带缠绕位置Ⅱ，这时，把接到喷头24 的负压断开，并接通压缩空气，使原先吸附在保持板25 上的胶带端部吹到板12、13 的边缘上，装在托板6 上的滚轮16 在恒力弹簧3 的作用下，把胶带压紧在板12、13 的边缘，然后电机22 带动小齿轮21 转动，并通过齿轮旋转臂2 的齿轮减速后，使齿轮旋转臂转动，装在滚珠导轨上的托板组件中的滚轮16 绕着板12、13 的边缘滚动(对称布置的两臂上装有滚珠导轨和托板组件)，转过180°后，喷头24 接通负压发生器将胶带吸住，热切断器26 把胶带切断，切断后的胶带端部被吸附在保持板25 上，然后，电机22 反转，使齿轮旋转臂2 回到起始位置，并通过月牙状的限位块4 与托板6 下的凸缘使托板6 上的滚轮16 与板12、13 脱离接触，顶升气缸15 把板12、13顶到包边位置Ⅲ，装在四边上的压紧气缸10 把胶带上下突出的部分压向板12、13 上下两面，使之密封，然后，气缸10 内的弹簧使压紧头11 退回，断开负压吸盘组件14 的负压，工人把包好边的板12、13 取出，顶升气缸15 下降到位置Ⅰ，整个工作循环结束。

图1 胶带缠绕包边机工作原理示意图(主视图)

图2 胶带缠绕包边机工作原理示意图(俯视图)

2 机械设计需要注意的问题

2.1 原点定位

为使装工件时，滚轮不贴在工件上，在原点位置装了月牙状的楔块4，扣住托板6 下的凸缘，为避免对边的悬臂转过180°时也被扣住，两月牙状的楔块4和两臂上托板6 下的凸缘在半径方向上的位置是错开的，只有回到原点位置才被扣住。月牙状的楔块4 和托板6 下的凸缘位置，可根据工件的尺寸进行调整。

2.2 胶带压紧方式与压紧力的调整

由于工件为非圆形，在胶带缠绕过程中，旋转臂与工件接触处相对旋转中心的半径是不断变化的，但必须保持胶带与工件边缘接触，因此，需要对胶带施加一恒定的压紧力。胶带压紧力可以采用多种方式实现:一种方式是采用气缸，可以通过减压阀控制气缸压力来实现压紧力的调整，但要多用一些气动元件，此外，气管要跟随旋转臂2 转动，处理起来比较麻烦;另一种方式是采用弹簧。根据胡克定律，一般的拉、压弹簧其拉、压力随着弹簧变形量的增加而变大。该装置的行程变化比较大，如果采用普通弹簧，压力变化很大，弹簧压缩量小时可能压紧力不够，若压紧力过大又增加旋转臂转动的阻力，故采用普通弹簧不合适，因此，作者采用恒力弹簧。恒力弹簧采用不锈钢或高碳钢材料卷成一个圆筒形，结构如图3所示。

图3 恒力弹簧示意图

恒力弹簧可按下面的公式进行设计:

式中:b 为弹簧片的宽度;t 为弹簧片的厚度;N 为圈数;D1为簧圈外径;D2为圆筒直径;Dn为起始弹簧圈的原有直径;E 为弹性模量［1］。

由于采用对称结构，作用在工件上的力相互平衡，不会使工件与顶升气缸上的负压吸盘组件产生错动。

2.3 胶带的切断及胶带头端部的保持

当旋转臂转过180°时，使装在热切断器后的小气缸通气，把热切断器26 前推，将胶带切断。为了防止胶带切断后胶带端部在重力作用下下垂，在热切断器切断胶带前，喷头24 接通负压，把胶带吸附于保持板25 上(保持板上开有若干小孔)。

2.4 胶带的初始固定

当把工件放进定位位置对齐后，顶升气缸15 将工件顶升到胶带缠绕位置Ⅱ，先是喷头24 接通压缩空气，把胶带端部吹到工件边缘，同时，旋转臂转动使托板6 上的凸缘脱离限位块4 的限制，恒力弹簧推动滚轮16 把胶带粘贴在工件的边缘，双轮结构增加了胶带与工件边缘的接触长度，以确保胶带的粘贴力大于胶带的松卷力。另外，为了保持旋转臂在转动过程中，两滚轮与工件边缘接触，托板6 要能够在旋转臂上摆动。

3 控制系统

胶带包边机原理虽然不复杂，但动作颇多，且有较严格的动作逻辑关系，故采用单片机或PLC 进行控制，其动作流程见图4。值得注意的是，刚开始，由于胶带与工件接触的粘贴长度较短，旋转臂初期不能转动太快，否则将会出现胶带与工件边缘粘不紧的问题。

图4 控制系统动作流程图

4 驱动系统设计

由于该系统所需转矩不大，且速度及控制精度要求不高，为了简化控制，旋转臂采用步进电机开环控制，仅需在起始位置安装一个接近开关以消除累积误差。其他采用气动驱动，为防止气缸转动，所有气缸均应采用带导杆的气缸。

该设计虽然是针对电子行业，也适合其他类似需要包边的场合。

【1】希格利J E，米什克C R.机械设计通用手册［M］.北京:机械工业出版社，1993.

【2】许福玲，陈晓明.液压与气压传动［M］.3 版.北京:机械工业出版社，2008.

【3】尚久浩.自动机械设计［M］.2 版.北京:中国轻工业出版社，2003.

【4】刘海涛，姜海林.一种新的加工椭圆曲线的方法［J］.机床与液压，2010，38(14):15.

【5】南文虎，肖根先，王宏.一种自动定心夹具的设计［J］.机床与液压，2011，39(18):32－33.