自动打标机构系统设计与分析

摘要：自动打标机机械传动经减速器输出轴外伸端安装同步带（或V带）传动，将运动及动力分路传动，一路通过联轴器传给上凸轮，一路直传下凸轮，凸轮机构驱动移动从动件推杆1与打印头2，在工作节拍匹配的前提下完成产品外包装信息打印动作功能。

Abstract： The mechanical transmission of automatic marking machine is equipped with synchronous belt （or V belt） transmission through the out-of-extension end of the output shaft of the reducer， which will drive the motion and power， and pass it all the way to the upper cam through the coupling， and pass the lower cam directly. The cam mechanism drives the moving follower push rod 1 and the print head 2 to complete the product packaging information printing action function under the premise of matching the working beat.

关键词：自动打标机；凸轮机构；工作节拍匹配

Key words： automatic marking machine；cam mechanism；work beat matching

中图分类号：TB486 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）28-0122-02

某产品外包装上需要打印生产日期、保质期等产品信息，打印动作如图1所示，在生产线上首先由推送机构的推杆1将产品3送至待打印的位置，然后打印头机构的打印头2向下完成打印操作。其中推杆1的运动规律：短休止——匀速直线运动推送——匀速直线运动退回——休止；打印头2的运动规律：匀速直线运动向下——休止——匀速直线运动退回——休止；推杆1与打印头2的运动周期相同，要求设计一台能够完成已描述运动规律、且满足工作节拍要求的自动打标机。

设计之初首先要拟定机构系统运动循环图，根据机械对工艺过程及运动的要求，建立各执行机构运动循环之间的协调配合关系，如果这种配合协调合理，即可保证机械有较高的生产率及较低的能耗。运动协调配合关系，通常包含执行机构之间的运动，在时间（顺序）和空间（是否干涉等）上的双重考虑。针对此案，设计了3种机构系统的运动及运动循环图，如图2所示，方案1：推杆1与打印头2串联式组合，推杆1先完成一个运动循环，打印头2接着完成一个运动循环，重复交替循环。方案2：推杆1与打印头2并联式组合，推杆1的A1点与打印头2的A2点同步到达工作位置，推杆1即到即退，打印头2停留延时打印。方案3：调整推杆1在一个运动循环内运动区段与停歇区段的相对位置，使产品提前Δt秒时间到达工作位置，注意循环图中A1、A2两点的位置，说明推杆1以领先打印头2Δt秒的时间运行到工作位置，Δt秒后打印头2运行到工作位置并休止延时打印。对于方案1，整个打印工作循环所需时间最长，即T=Tmax=T1+T2，这种方案设计效率最低，不合理；方案2在理论上整个打印工作循环所需时间最短T=Tmax=T1=T2，但由于制造、安装等误差而导致机构产生运动误差，有可能产品还未到工作位置，而打印头2已经到达工作位置，这种方案设计效率最高，但最不可靠。方案3使推杆1具有运动时间提前量Δt，其具体数值可根据产品大小及实际可能的误差因素综合地加以确定，相比之下方案3运动循环设计效率较高，动作可靠合理。

鉴于推杆1与打印头2的运动规律、循环动作及节拍匹配，推杆1与打印头2均选择由凸轮机构自动循环控制，根据产品生产现场特点及出货产量要求，设计凸轮工作转速500r/min，打印节拍100个/min，选用三相异步电动机作为动力源，自动打标机系统运动简图如图3。

自动打标机工作原理：电动机驱动V带传动，小带轮安装在电机轴上，斜向上将运动及动力传给大带轮，大带轮将运动及动力传给齿轮减速器，实现减速增矩，减速器输出轴外伸端安装同步带（或V带）传动，将运动及动力分路传动，一路通过联轴器传给上凸轮，一路直传下凸轮，保证两个凸轮同步回转，凸轮机构驱动移动从动件推杆1与打印头2，在满足工作节拍的前提下完成产品外包装信息打印动作。自動打标机设计最重要的是两个凸轮机构工作节拍的匹配，打印节拍100个/min，即1min/100个=60s/100个=0.6s/个，即打印一个包装盒的时间是0.6s，凸轮机构一个循环的周期是0.6s。根据图2方案3的打印机构运动循环图分配各段时间，推杆1：短休止0.04s，匀速直线运动推送0.13s，匀速直线运动退回0.13s；长休止0.3s，一个周期0.6s。打印头2：匀速直线运动向下0.19s，休止0.13s，匀速直线运动退回0.19s，休止0.09s，一个周期0.6s。将时间周期转换成角度周期，即推杆1：短休止24°，匀速直线运动推送78°，匀速直线运动退回78°；长休止180°，一个周期360°。打印头2：匀速直线运动向下114°，休止78°，匀速直线运动退回114°，休止54°，一个周期360°。假设两个凸轮的基圆直径定为30mm，移动从动件推杆1与打印头2的行程定为50mm，据此通过反转法即可作出满足工作节拍要求的两个凸轮轮廓曲线，如图4所示。一个循环周期内，两个凸轮启动同步回转，推杆1于0.17s先行到达工作位置，随即退回，打印头2于0.19s滞后到达工作位置，0.19～0.32s打印头2休止延时打印，随即退回，推杆1、打印头2的退回动作都是在弹簧驱动下强制完成的。

上下凸轮轴心线高度位置计算：凸轮最长径65mm，从动件打印头2长度100mm，余程7.5mm，总共172.5 mm。上下凸轮轴心线宽度位置计算：凸轮最长径65mm，从动件推杆1长度155mm，余程25mm，总共245mm。通过上述设计分析计算，用CAD绘制自动打标机装配图，装配图以打印机构工作位置绘制，两个凸轮机构在工作位置如图5所示。样机试制经调试使用效果良好，如果凸轮、滚子零件的宽度再大点机构稳定性更好，如果凸轮轮廓曲线能够修正得更光滑，机构振动会更小，稳定性更好，如果凸轮最小传动角能够控制在50°左右，机构的传动动力性能更优。

参考文献：

[1]郑红.同步带传动特点与同步轮设计制造的控制[J].内燃机与配件，2018（05）：121.

[2]于靖军.机械原理[M].机械工业出版社，2015.

[3]郑红.RV减速器摆线轮零件加工工艺设计探讨[J].价值工程，2015（23）.