基于微小产品“风火轮”的自动控制夹具系统设计

陶丽芝 孙文涛 潘莹

摘 要：文章介绍了一种基于微小产品“风火轮”熔胶焊接时的夹具装置及自动控制系统。该系统包含精密加工夹具本体、自动控制系统、气动回路等。本夹具系统装夹微小产品快速、稳定，产品不易变形，能避免通用装夹方式夹装不稳定，装夹效率低的问题。另外本夹具系统通用性强，适用于同类型薄壁、微小产品其他工艺加工场合。

关键词：自动控制；夹具系统；真空发生器；微小产品；光纤传感器

中图分类号：TG75 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）28-0092-03

Abstract： This paper introduces a kind of jig device and automatic control system based on micro product "wind fire wheel". The system includes precision machining fixture body， automatic control system， pneumatic circuit and so on. The clamping fixture system clamps small products quickly and stably， and the products are not easily deformed， which can avoid the problems of unstable clamping and low clamping efficiency in general clamping mode. In addition， the fixture system is universal， suitable for other processing occasions of the same type of thin-walled micro-products.

Keywords： automatic control； fixture system； vacuum generator； micro product； optical fiber sensor

某机加公司接到一大批量订单，其中要求对一核心薄壁零件“风火轮”上7个柱面与另一零件进行固定溶胶焊接，要求7个溶胶点位置精度高，熔接完成后工作面平行度达到0.10mm，基于对该公司生产部门生产能力核算，要顺利完成此订单需每分钟溶胶8个以上产品。为了保证7个熔点焊接精度的一致性及熔接效率，开发本系统。

1 产品特点及工装要求

产品名称“风火轮”，材料：透明PC，边缘板厚1.5mm，外径45mm，总高10mm，如图1所示。

工艺要求：该产品为某成品的一零部件，要求对该零件上7个圆柱面与另外一个产品进行熔胶焊接，熔接后熔点高度满足0.34～0.89mm，熔点直径满足2.09～2.6mm，熔接后整体平行度小于0.1mm，如图2所示。另外要求大批量生产，效率满足每分钟8pcs以上。

由零件图1 可知，该零件底部为平面，板边缘厚1.5mm，材料薄而脆，传统溶胶机难于固定，溶胶精度及稳定性差，溶胶效率低，达不到产品技术要求。

2 夹具的系统设计

为满足产品加工精度及效率需求，设计一款专用真空夹具装置及自动控制系统，该系统采用专用真空吸附原理，通过压力计算及产品结构尺寸建立夹具本体模型；利用光纤传感器检测夹具上有无产品，发送信号给电磁阀，以启停真空产生器；再通过压力传感器检测装夹效果，当产品放平装夹良好，控制回路接收信号，溶胶回路通电，溶胶头工作；当装夹错位或產品出现瑕疵，则吸真空出错，压力达不到设定值，控制回路无压力传感器信号，溶胶回路不通，给出报警信号。

2.1 夹具系统构成

本夹具系统主要由夹具本体、控制盒、气源、真空发生器、电磁阀、光电传感器等组成。如图3所示。

本系统主要功能是通过控制系统控制真空发生器的工作状态，为夹具本体提供系统所需要的真空度，达到固定微小零件的目的。其中压力传感器检测系统压力，达到设定值启动控制回路，带动真空发生器工作；真空发生器自带消声器，降低噪音；绿色指示灯亮表示系统正常，红色声光报警器包含红色指示灯盒蜂鸣器，零件放置不正确时，红色指示灯亮并报警；减压阀控制气源稳定性；开关电源为系统提供24V电源；时间继电器过滤信号干扰；夹具本体需精密加工，提供零件装夹载体，保证零件装夹精度和强度。

2.2 自动控制设计

系统控制方式分手动和自动两种，本系统采用自动控制方式，即利用光电传感器检测夹具本体上有无产品，产品放好即控制回路通电；同时压力传感器监测气路压力控制真空发生器的运行，系统真空度在设定值之下时，真空发生器开始工作，真空度达到设定值时，真空发生器停止运行。电气原理如图4，气路原理如图5所示。

2.3 夹具结构设计

为保有一定的安全余量，预设负压表为-78kPa压力值。为保证抽真空效率及保护产品不变形损伤，设计夹具零件座上圆周分布的6个小孔D3，并设置回路密封圈，具体结构如图7所示。底座可将夹具任意固定在某一工作平面，防止真空腔产生与关闭时夹具本体的颤抖与移位；因产品为透明PC，光电传感器检测不到，于是选用光纤传感器检测夹具体有无产品；压块及O型圈提供系统密封真空腔；仿形加工治具采用铝合金精密加工，精准放置零件；真空气管接口用软管接至气源处，形成气路。

3 热熔机熔接步骤

（1）操作员将产品摆放于夹具上。

（2）光纤传感器检测到夹具上有产品之后，发送信号给电磁阀，启动真空发生器。

（3）电磁阀启动后，压力传感器（负压表）通电，检测回路的气压。

（4）若产品未放平，则治具与产品的结合面漏气（6个小孔面），回路的负压达不到设定值（-78kPa），负压表给出信号，红色信号灯亮，蜂鸣器发声。操作员介入，将产品重新摆放平。

（5）若产品放平，则治具与产品的结合面紧贴，回路的负压达到设定值，系统绿灯亮，蜂鸣器不工作。

（6）系统绿灯亮，也没有听到蜂鸣器报警声时，操作员正常启动热熔机。整个夹具系统自动完成产品位置检查及装夹，熔胶机自动完成溶胶焊接。

4 结束语

该自动控制夹具系统装夹微小产品快速、稳定，产品不易变形，能避免通用装夹方式装夹不稳定，装夹效率低的问题，热熔焊接精度一致性好。另外本夹具系统通用性强，适用于同类型薄壁、微小产品其他工艺加工场合。

参考文献：

[1]徐克林.气动技术基础[M].重庆大学出版社，1997.

[2]SMC（中国）有限公司.现代实用气动技术[M].机械工业出版社，2004.

[3]李明，吴志勤.薄板零件机加工的夹具设计[J].电子机械工程，1999（3）：53.