一端有孔圆柱工件的定向机构分析

崔建凯 程林志 万国强

[摘要]：随着制造业的高速发展，依托电子行业展开的非标工业自动化设备在应用中越来越重要，而设备中的简单实用的定向擒纵机构在实际应用中显得尤为关键。本文主要介绍的就是一款特定工件的定向机构。

[关键词]：非标工业自动化 定向机构 工艺分析

1、前言

随着机械制造行业和电子工业的不断发展，自动化机构替代人工操作已经成为一种趋势，用工荒的出现为电子行业中非标专业设备的发展提供了广阔的空间。

很多单一性重复的工作由人工变成了专门替代的设备。在专门的电子行业中非标设备以其高效率，低故障，长时间稳定性的工作状态得到了电子行业的广泛认可。本文将以一种一端有孔的圆柱形工件的定向机构作为模板做一下分析。

2、定向机构的概念和分类

定向机构是一种将杂乱无序的具有某些独立特点的单一工件按照一定的要求和动作顺序摆放整齐并传送到下一步加工工序的机构。利用剔除原则保证工件定向的装置称为消极装置，反之不进行剔除而能正确定位的装置称为积极装置。采用消极装置的效率低下而相比之下积极装置则不会有明显的减慢工件的正确供给率。

3、一端有孔型圆柱工件的定向装置工艺分析

3.1工件参数设定及工件定向要求

我们先假设这种典型工件的尺寸为：外径D=16mm 长度L=40mm，一端有孔，孔的直径d=9mm 孔深度h=28mm

我们要求这种工件统一的定向，使开口端在前导位置。

3.2定向机构分析

工件在一个矩形剖面的立式进给滑槽轨道中连续向下供料，而在滑槽轨道的底部由一个往复气缸带动的推杆每次推出一个工件。推杆的直径和安装的高度做成可以使推杆能够自由准确地进入到最底层工件的孔中。并能够沿着工件的轴线方向把工件推入给落料的滑槽中。

如果工件的封闭端面向推杆，则当推杆往复动作时，把工件推向前，使其越过漏斗形滑槽的边缘而自然下落，此时开口端在前面。

在进给滑槽的另一面安装着一个装在弹簧片上是掣爪，掣爪为楔形结构，其楔形的表面接触工件，可以引导工件按照规定所需的方位落下。

但是掣爪的作用不止是对工件的顺向引导，其主要作用是用做脱卸器。当工件的开口端面向推杆，则当推杆做往复动作时，将进入工件的孔中，并带着工件向前移，越过滑槽的进口处，直至工件的另一端停靠在漏斗形滑槽的另一侧的凸台上。

当工件与推杆一起向前运动时，工件与掣爪楔形面接触，推开弹性的楔形掣爪，工件移动过后，弹性的掣爪又恢复原位。当推杆退回时，掣爪就能挡住工件，使它脱离推杆。漏斗形滑槽的凸臺支托住工件的封闭端，这样能保证工件下落时开口端在前导位置。

3.3定向机构尺寸配合分析

在实际的定向机构设计中需要注意各部分尺寸的约束与配合，比如：

1、 立式进给槽的出料口开口高度H出料的尺寸要求为（产品直径D

2、推杆的行程选择，推杆为定位装置的主要运动部件，其行程的选择尤为重要，从图中看当正向推出时，推杆的最大长度L推杆max1不超过漏斗另一侧的凸台位置，当工件反向推出时，推杆的最大长度L推杆max2距离漏斗另一侧凸台10-12mm为佳。这个长度刚好能把工件送入漏斗壁另一侧的凸台上。推杆的速度通过气缸的节流阀调节，在保证产能的前提下尽量放慢速度，以防止推杆将工件快速推出，随着惯性工件冲入漏斗另一侧凸台壁，出现工件卡壳或掉落方向不良的现场产生。

3、漏斗的开口宽度以1.5倍的工件长度为宜，所有工件都能按照要求落入漏斗中，而不会出现工件卡顿现象。漏斗的倾斜角度不宜过大，以60度左右为参考较为好一些。倾斜的角度过大则工件在降落过程中容易出现工位变换的现象。而倾斜的角度过小则容易出现落料速度变慢，整体效率将会降低。

4、掣爪的位置尺寸，掣爪是此定位结构中的核心部分。定位的精度也特别重要，我们一般要求掣爪的楔形部分在弹簧片张力释放状态时，楔形的底部尖端低于推出圆柱工件的上表面，使其当工件推过时刚好能受力弹起卡住工件起到止回脱料作用，而掣爪的前后距离则以漏斗对面凸台壁为基准距离1.1～1.2倍的工件长度L即可。间隙太小容易把工件卡住出现掉落不良现象，间隙太大则当工件脱离漏斗壁凸台时，才刚刚碰触到楔形块，漏斗壁凸台就失去了支撑点的作用，无法保证工件能按照规定的方向掉落。

5、漏斗凸台的高度，取决于掣爪的位置距离和产品本身的长度，长度尽量的缩短，0.2倍的L即可，尽量加长工件坠落时的回转力臂的长度，使其在按照规定的方向降落时，尽可能的接近自由落体的速度。

4、机构适用范围和效率

本机构适用于一端有孔的圆柱形的工件，材质可以为硬质模压塑料，也可以是铜制或者铁质金属工件。工件的定向效率取决于产品本身的材质，重量及推杆的往复速率。如果是铜制或者铁质金属工件可达到60件/分钟。

5、结论

本文中所分析的这种定向机构是一种目前在生产中被普遍采用且由实践证明有效的机构，这种机构结构简单，但是很巧妙。因为简单而有效的方法比需要装置复杂设施的方法不管是从生产成本和使用维护上更为人们所喜爱。希望此类简单而实用的定向机构能够在生产中得到认可和广泛的推广应用。

参考文献：

1、 机械设计实用机构与装置图册 原书第5版  （美）Neil Sclater 编  邹平 译  机械工业出版社 2014.10  ISBN 978-7-111-48083-9

2、 机械设计基础      杨可桢 程光蕴 李仲生主编     高等教育出版社 2006.5  ISBN 978-7-04-019209-4

作者简介：

1、崔建凯：1985年 ，男，汉，山东青岛人，毕业于哈尔滨工业大学，工程师，主要研究方向：工业自动化设备，工业机器人应用。青岛劳士威尔工贸有限公司