藥品自動裝盒機取盒機構高速化研究與設計.pdf

1、 陜西科技大學碩士學位論文藥品自動裝盒機取盒機構高速化研究與設計姓名：李龍申請學位級別：碩士專業(yè)：機械制造及其自動化指導教師：曹巨江20120527 化 ， 直到 出 現(xiàn)合 適 的運 動 效 果 。 關 鍵詞：取 盒機 構 ， 自動 裝 盒機 ， 凸 輪一 五桿機 構 ， 組 合 機 構 ， 真空 氣 路 癰 籵 瑃 瓼 猙 瑃 ， 藥品自動 裝 盒機 的歷 史 及 發(fā) 展 趨勢行 的產 生 過大的沖 擊 ，另 外 就 是 速 度 不 能 適 應生 產 的需求，所 以隨 著科 技 的進 步 這 類產品漸 漸 的退出 了 市場。中高速 型 的裝 盒機 不 再 單獨采 用 凸 輪機 構 ，而 是

2、采 用 組合 機 構 ，如 凸 輪一 連桿 機 構 、齒 輪 連桿 機 構 等 ，充 分 利用 各 種機 構 的優(yōu) 勢 結 合 來 實 現(xiàn)速 度 的提高，取 盒方 式 也 由 原 來 的間 歇 式 變 成 了 連續(xù) 式 。由 于 此 類機 構 運行 時相 對穩(wěn)定 ，也 便于調 整 零部 件的位 置 ，所 以得 到 了 廣泛的應用 。對于高速 自動 裝 盒機 ，國內 基 本 上 屬于 空 配置 方 面 的質量藥品自動 裝 盒機 的運行 、控 制 及 檢 測 都 取 決 于 光 、電 、氣 等 控 制元件，控 制 元件質量的好壞 直接 影 響 到 控 制 的精 度 ，高精 度 的控 制 元件如 定

3、 位 精 度 高的伺 服 電機 ，高精 度 的氣 動 滑 臺的使 用 直接 可以提高機 器 的精 度 及 效 率 。但是 國內 的裝 盒機 為 了 節(jié) 省制 造成 本 ，很 多執(zhí)行 機 構 還停 留 在純 機 械機 構 上 ，如 果 將 其換 成 高級 的、質量高的編 碼 器 、傳 感器 、電 機 三 位 一 體的高級 伺 服 驅 動 系 統(tǒng)，那 么 整 體的實 效 作 用 肯 定 藥品自動 裝 盒機 取 盒機 構 高速 化 研 究 與 設計 陜西科 技 大 學碩士學位 論文我 們可以 把 包 裝工序 相類 似 的 包 裝機 做成 多 種 標準 設 備， 需要 更 換 的 部 件 做成 能 獨

4、 立 運質 量 不 過 關 ， 產 品 質 量 與 國 外同類 產 品 之 間還 有很 大 的 差 距 。 藥品自動 裝 盒機 取 盒機 構 高速 化 研 究 與 設計運 動 規(guī) 律 再 推導出凸輪 的曲線 。 醇 塑 封 好 的 藥板 通 過吸頭進 入 裝 盒機 的 輸 送 線 ，同時 自動 折 紙 機 將說明說進 行折 疊 ，通 過皮 帶 將其 輸 送 到裝 盒工 位 。 取 盒機 構的 吸頭將 藥盒從 架 子 上 吸下來 并撐 開 ，放 在 輸送 帶 的 卡 槽 中 。 在 裝 盒工 位 推 手 將說明書 及 藥板 推 進 紙 盒中 ，然后對紙 盒進 行刮 舌 、 折舌 、 插舌 打 印

5、 批號 、 剔 廢、 裝 箱 等 動 作 。 這 樣 就 完 成 了 整 個 裝 盒的 流 程嘲 。通 過以 上 的 介紹 分 析 可以 得 到，自動 裝 盒機 需 完 成 以 下功 能 ： 滬 纊 行星 輪式取 盒機 機 構 的 分析 定 軸 固定 板 偏 心 輪 吸 頭 中 心 齒 輪 傭 萋 轉 向齒 輪 擋 塊圖 行 星 輪式取 盒機 構 藥品自動 裝 盒機 取 盒機 構 高速化 研究 與 設 計按 照 工藝 要 求 ， 轉 盤順時 針轉 動 ， 從 動 齒 輪在公 轉 的 同 時 也 形成自轉 ， 所 以吸 頭相對逆飛 ， 把 吸頭 ， 璱 找 簧 緉 灰緩 湃 一 諞 藥品自動 裝

6、 盒機 取 盒機 構 高速 化 研 究 與 設計 同一位 置，沒 有 相互轉 動，這樣 的 輪 系稱 為 定 軸 輪 系。 動比 ，就可以 控 制 真 空吸 頭 在 指 定 的 位 置實 現(xiàn)指 定 的 動作 。 籡甗：；?；c甁籸，當 時，化 簡 得 到 從 動齒 輪 的 運動方 程 為 ： 插 件 去 模 擬 運動分 析 ， 運動 參數 的 分 析將方 程 代 入 方 程 中 ， 經 過 化 簡 得 到 加 速 度 ： 個 取 盒周 期 ，運行后查看 其 較 虻乃俁 取 鈾 俁 惹 嚦 梢鑰 闖鱸 的 時候 ，速 度 達 到從 原方案 中 可以看 到整個 機 構是由 行星 輪系構成 ，該 機

7、構也 很好 的完成 了取 盒動作，也 能 夠平 穩(wěn)的 運行，因 為 該 機 構增加 了大 轉盤 和 眾 多 齒輪，使 機 構的 整體質量 大 大 的 增加 ，同 時增加 了機 構運轉時的 轉動慣 量 。 將三 套 吸 頭 全 部 裝好 后，整個 機 構有大 小 齒輪共 個 ，這 個 數 量 是相 當 多 的 ，使 整體結 構看 起 來 也 非 常 的 繁 瑣 ，所 以有必 要 對 該 結 構進行優(yōu)化 。 藥品自 動裝盒 機 取 盒機 構高速 化 研究 與 設 計 高、 運 行 平穩(wěn) 、 易于 加工 等 特 點 。 在方 案 設 計 好 后，用 對 新機構進行 建 模 ，裝 配 ，以 查 看 方

8、 案 的可 行 性 及 零件 之 間 是否 有干涉。 然后又 對 新機構進行 了 詳 細 的運 動學分析，通過 對 模 型 的運 動 過 程建 立 數學模型 ，計 算 了 機構的運 動 方 程，得 出 了 其 速 度 、 運 動 軌跡 設計話 當 回 到原處時 還需 要 等 待 供料 ， 浪 費了 時 間 。 如圖 ， 推 頭 走 不 按原路 返回 的軌跡 ， 機構 的 選 型 藥品自動 裝 盒機 取 盒機 構 高速 化 研究 與 設 計經上 分 析單獨 的 機 構 都 各 具優(yōu) 勢 ，但 是 單獨 的 機 構 都 無 法 同 時 滿足 在 指 定 點 上 速 度和 姿態(tài) 的 要 求 。 如單

9、一 的 凸輪 機 構 能實 現(xiàn) 往復擺 動 或 移 動 的 復雜 運動 規(guī) 律，但 不 能實 現(xiàn)從 動件 具有一 定 運動 規(guī) 律的 整周 轉 動 ，所 以 必須 采 用組 合機 構 來實 現(xiàn) 這 一 軌跡 。組 合機 構 是 將 兩 個 或 者 兩 個 以 上 的 機 構 組 合在 一 起，作 為一 種 新機 構 來實 現(xiàn) 某 指 定的 要 求 。 這 些 機構 可 以 是 相同 的 ，也可 以 是 不 相同 ，如齒 輪 齒 輪 機構 ，齒 輪 連桿 機構 。同 時 組 合機 構 可 以 是 單自由 度 的 機 構 進 行組 合，也可 以 是 多 自由 度 的 機 構 進 行組 合，如齒 輪

10、 一 凸輪 組 合，凸輪 五 桿 機構 組 合。 對于 組 合機 構 ，盡 管 基 本 機構 的 形 式 會多 種 多樣 ，但 是 總 結起來可 以 將 組 合機 構 分 為： 串聯(lián) 式 、 并聯(lián) 式 、 和 反 饋 式 三種 情 況 。串聯(lián) 式 組 合機 構 。 串聯(lián) 式 組 合機 構 是 兩 個 或 者 兩 個 以 上 的 基 本 機 構 經過 串聯(lián) ，使 從動件 達到某 種 特 定 的 運動 規(guī) 律【： 俊 廡 辜 校 耙桓鍪 嗆笠 桓齙 氖 淙 耄 縵巒 所示。 這 就 需要 設計 時盡 量 的 減輕機 構 的 重 量 ，減少 機 構 的 轉 動 慣 量 。如圖 所示，該 取 盒機 構

11、 是 雙 凸輪 驅 動 五 桿 機 構 的 組合機 構 ，當 五 桿 機 構 做 旋 轉運動 時，雙 溝 槽 凸輪 通 過 連 桿 給五 桿 機 構 提 供 兩 個 輸入 動 力 ，使五 桿 機 構 有 一個 確 定 的運動 ，因 為 五 桿 機 構 可 以 實 現(xiàn)復 雜 的 運動 軌跡，故將 吸 頭 安裝 在 五 桿 機 構 的 連 桿 上 ，只要 控 制 好凸輪 的 曲線 輪 廓及五 桿 機 構 的 尺 寸，就 可 以 實 現(xiàn)指 定 的 取 盒軌跡，即滿 足 速 度和姿 態(tài) 的 要 求。滾 子 朔 直 鵯 酙 運動 ，進而 驅 動 五 桿 機 構 上 兩 個 輸入 連 桿 ，由 于 甪 甤

12、 藥品自動裝 盒 機取盒 機構高速 化 研究 與設計常 用 的 幾何 封閉凸 輪 機構： 疾 坌 屯孤 只 谷繽 所示 ， 凹 槽 凸 輪 屬于 形 封閉滾 子從 動件 凸 輪 機構【 ， ， 】 。凸 輪 的 輪 廓 做成凹 槽 狀， 利 用 凹 槽 兩側 的 輪 廓 曲 線使 滾 子 從 動件 在 凸 輪 運動的 過 程中 始終保 持 接 觸 ， 這種 機 構的 特 點 是不 必利 用 從 動件 的 重 力或 者 外 力就 可 以 使 從 動件 和凸 輪始終保 持 接 觸 。 這種 封閉的 方 法 簡單 ， 但是一 般 的 溝槽 都 是盤狀溝槽 ， 其缺 點 是增 加 了凸 輪 整體的 尺

13、 寸 ， 同 時滾 子易 磨 損 。 匿，一 歸 面妒辦在 回 程階 段 ， 凸 輪 的 轉 角 ， 從 動件 的 位 移 怯 蒱 逐漸 減 小 到零 ， 根 據 回 程的 邊鰳 一 爭 琧 希 ， 從 動件 等加速 階 段 的 運動方 程為 ： 。 忙可妒 號 娜叫 慣 性 力發(fā)生 突 變 ， 但是突 變 值為 有 限 值， 所 以 引 起的 沖 擊 力比 較 小 ， 這種 沖 擊 稱 為 柔 性 沖 斜 呱 綾 糾一 等 。 盡 化 。 剴 藥品自動裝 盒 機取盒 機構高速 化 研究 與設計、 和。 歸 針 一 劭回 程階 段 的 運動方 程為 ：口口豢弧!猒“ !9籌吾 壓力 角伉 作用

14、在 從動 件上 的 驅動 力 與該 力 作用點的 絕 對 速度 之 間 的 銳 角成 為 壓力角， 對 于 高 副機構 ，也是 接 觸 點輪 廓 法 線 與從動 件速 度 的 方 向 。 如 下圖 所示。 壓力 角大 小 是 衡 量 凸輪 機構 工 作性能 優(yōu)劣 的 一 個 重 要 指 標 ，壓力 角的 大 小 對 凸輪 機構 的 受 力 、機構 的 尺 寸 都有 影 響 。 過 大 的 壓力 角會 導 致 傳 動 效 率 降 低 ，磨損 加劇 。 為 了保 證 凸輪 機構 能 夠正 常工 作并 有 一 定 的 傳 動 效 率 ，必須對 壓力 角進行 限 制 ，凸輪 輪 廓 點上 的 壓力 角

15、一 般 都是 變化的 ，在 設 計 時 ，應該 使 最大 壓力 角不超 過 許 用值， 常用的 壓力 角許 用值如下表 所示。 所以凸輪 在 設 計 時 必須對 壓力 角進行 校驗 嗍 。 對 于 以參數方 程 ， 少 表示凸輪 的 輪 廓 曲 線 ，其上 面 的 任一 點曲 率 半 徑為：口 卻 求出 一 系 列曲率 半 徑 的值 ， 最后 找 出 曲率在自動 機械 中 工 作 循環(huán) 圖是表 示 各 執(zhí) 行機構 在一 個工 作 循環(huán) 內的動 作 順序 的一 種 圖表 ， 執(zhí) 行機構 必須嚴 格 按 照 工 作 循環(huán) 圖來 工 作 以 保 證機械 能 夠 正 常的工 作 ， 因此正 確 的繪

16、制工 作 循環(huán) 圖是非常重 要 的， 常見 的工 作 循環(huán) 圖有直 線式、 圓 環(huán) 式、 和 直 角坐 標 式。其中 直 角坐 標 最常用【 】 。 對于 凸 輪 機構 的設 計， 一 般 都 是根據從動 件 的運動 規(guī) 律 的選 擇， 所 以 根據自動 裝 盒機的已 有的運動 規(guī) 律 ， 來 設 計出 符 合 規(guī) 律 的位 移曲線。 圖 解法 個分 點 。 鮒苯親 晗 盜暮頹洌 瑇 分 別代表兩個溝槽 凸 輪 從 動 件 的 位 移 ，妒 代表圖 從 動 件 位 移 圖 酣 中 ，己 知 五 桿 厶、 厶、 厶、 厶、 厶的 長度 ，和 兩 個原動 件 厶和 厶的 相 位 角為 別 為 翰和

17、 仍 ， 蘡 厶 。 虼 蘡 吼當 仍 和 仍 以 一定 的 規(guī) 律 運 動 時 ，整 個五 桿 機 構 滿足 裝 配 條件 【 】。 對 凸 輪 一 五 桿 機 構 進行 建 模 ， 設五 桿 機 構 的 各 桿 長為 厶、 厶、 厶、 厶， 取 轉盤 的 中 晃 逯 浜 蛁 一砭 咒 中 凸 輪 按照擺 線 運 動 規(guī) 律 去設計 。如 下 圖 荊 甯 嘶 沽 薬 的 值為 已 知 ， 設其為 厶、 厶、在 吸 盒的 過 程 中 ，設計 隨 著轉盤 的 轉動 ， 閶刈磐賈 芯斷 蛞 貧 繽 所示 ，時 吸 頭 需 要 上 升 的 高度 聳 盇 點 的 位 置 確 定 ， 可以 確 定 出

18、外 凸 輪 槽 上 對 應 的 關 鍵 點 。 ： 和 瓦 簉 蘋 ， 憾 島 一 色 圖 凸輪 實 際輪 廓 曲 真空 氣路 的 設計也 是 此機 構 設計的 一 個 非常 關 鍵 的 部 分 ， 機 構 設計的 再怎 么 巧 妙 ，但 是 也 要靠真空 氣泵 的 通斷 來 控制盒 子 的 吸 與放 ， 如 果 氣腔 封 閉不嚴密 ， 出 現(xiàn)漏 氣， 導致氣壓下 降， 就 會出 現(xiàn)吸 頭 吸 不上 或 者 吸 不牢紙 盒 的 現(xiàn)象 ， 嚴重 的 影 響 到 取盒 的 效 率 。對 于旋轉的 吸 頭 ，通氣本 來 就 是 一 個難 點 ，氣腔 的 嚴密 性也 是 困擾設計人 員的 一 個難 題

19、 。另外 現(xiàn)有 的 氣體傳輸 都是 用 的 密 封 圈 ， 由 于長時 間的 運轉， 主軸與密 封 圈 之 間有 磨 損，導 致氣體互串 ， 過 段 時 間就 要對 密 封 圈 進 行 更 換， 所以 密 封 圈 更 換方便 性也 是 設計時 應該 考慮 的 重 要因 素。 本 取盒 機 構 有 四套 吸 盤 ， 需 要四套 獨 立 的 密 封 系統(tǒng) 及氣體傳輸 控制 主軸 煌咧 一 法 蘭 還潭 咦 一 凸 輪盤 是 獨 立 動作的 ， 不能 相 互串 氣。 主軸 拋 E 旋轉， 主軸的 進 氣口 始終 在各自 對 應的 下 面是 氣體傳輸 系統(tǒng) 及密 封 系統(tǒng) 關鍵 零 部 件的 設計。卜

20、 導 氣孔 黃 渙 涌 一 氣嘴安 裝 孔 黃 圖 主軸 籥 籥 媾圖 轉盤 黃 一 小 軸承安 裝 處 淮籩 岢 邪滄 按 進 氣孔圖 軸瓦 圖 密 封 套 機 械 結構進 行 運 動 仿真 ，以查看 該 機 構的運 行 是否 有干涉 、 在沒 有干涉 的情 況 下 繼續(xù)檢查該 機 構的運 動 軌 跡 是否 能 夠 達 到 理 論上 的要 求 、 在達 到 理 論軌 跡 的前提 下 ，對機 構運行 時的位 移 、 速 度 、 加速 度 進 行 分 析，以查看 該 機構是否 運 動 平穩(wěn) 、 加速 度 是否 有突 變 ，如 果 存 在這 些 問題，就 必 須對機 構進 行 修 改，直 至機 構

21、運 動 軌 跡 符 合 工藝 要 求 ，加速 度連續(xù)，機 構能 夠 平穩(wěn) 地工作。 在實 際 生產 中機 構的仿真 有著 以下 方面 的作用 ：實 現(xiàn) 了無紙化 生產 ，為企 業(yè) 節(jié)省 了成 本 。色 ，運 動 機 構的虛 擬 仿真 己 成 為機 械 設 計 創(chuàng) 新的有力工具，它 可 以提 高 產 品 設 計 的直 觀一個 虛 擬 原型 機 仿真 工具，可 以對復 雜的機 構進 行 完整 的運 動 學和動 力學仿真 ，得出 各個 部 件的運 動 狀 況 ，包 括 動 量、 速 度 、 加速 度 、 作用 力與反作用 力等，并 以數 據、 圖 表、動 畫 等形 式 表現(xiàn) 出 來 ，可 以直 觀

22、生動 的反映 機 構的運 動 特性，可 以在產 品 試 制 之 前就 發(fā)現(xiàn) 其中明 顯的錯誤 ，同時對設 計 的結構進 行 優(yōu) 化 ，這 樣就 提 高 了 設 計 的質量和減少 了 無端 的浪 費，從 而 提 高了產 品 的競爭 力 。 仿真 的步驟 平 行： 兩 個 平 面之間 相 互平 行，但是 不 重合 。 后，整體 機 構 就 成了 一 個 自由 度，也就 是 說整個 機 構 只 需 要 一 個 原 動 力就 可以使 執(zhí)行機構 實 現(xiàn) 指 定 的動 作 。本設計 中 是 主 軸 旋 轉 帶 動 五桿 機 構 運 動 ，凸 輪槽 控 制 五桿 機 構 的運動 ，所 以只 需 要 將凸 輪

23、盤固 定 ，然后給 主 軸 加一 個 旋 轉 的等 速 馬 達 ，先將馬 達 的速 度設置 為痬 ，因 為該機 構 有 四 套吸 頭 ，所 以實 際 的取 盒效率 為校 痬 具 體 的設置 參數如圖 所 示 。 轉 盤每 秒 旋 轉 一 圈，速 度還是 很 快 的，不 足 以看 見 吸 盒、 撐盒、 放 盒的過 程，所 以將運垂 巫 三 至固 禹籮一霸 島鷹 喝 圖 ： 本 文 首 先對 自動 裝 盒機 取 盒工 藝 做 了 詳 細的 分 析 ， 分 析 出 了 取 盒過 程 中需 要 在 關 鍵 點需求 ， 因 此 必 須開發(fā) 出 另 一中新 機 構 來 適 應 市 場 的 需求 。本 設計 中的 創(chuàng) 新 機 構 凸輪一五 桿 機 構 取 盒機 構 ， 該機 構 的 原理和 原有 的 取 盒機 構 原理不同 ， 它 綜合 了 凸輪 和 連桿的 優(yōu)勢， 使 其 執(zhí) 行端 在 關 鍵 的 點 上 實現(xiàn) 指 定的 動 作， 滿 足 速 度和 姿 態(tài) 的 要 求 。 而且 該 新機 構 設計 沒 有 摒棄了 原 有 的 三 尖 瓣 線， 而是 采 用 比 較 容易 實現(xiàn) 的 新 軌跡 ， 此 機 構