一种中性笔笔芯自动化装配设备及其工作方法

技术领域

本发明属于自动化装配技术领域，特别是一种中性笔笔芯自动化装配设备及其工作方法。

背景技术

笔芯自动化装配是自动化装备系统中的刚性自动化装配系统，如何提高工作效率，减少生产人工成本是自动化永恒的主题。目前对笔芯杆高精度装夹，多工位协同装配有待创新，推广应用。通过调查了解到，国内常见的中性笔笔芯生产线生产效率低、工作人员操作程序繁杂。而且国内的装配系统以半自动化应用较为广泛，全自动化循环流水线尚不够完善，多为半自动化设备，为提升我国自动化生产技术水平，更好的满足市场需求，有很大的研究必要性。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种既能提高生产效率又能提高全自动化水平的中性笔笔芯自动化装配设备及其工作方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种中性笔笔芯自动化装配设备，所述的中性笔笔芯包括笔墨、笔芯杆、塑料头、金属头以及尾油，所述的笔芯自动化装配设备包括油墨灌填装置、塑料头装配装置、金属头装配装置、尾油填充装置、零部件输送装置、定位夹紧装置和工作台。所述的油墨灌填装置、塑料头装配装置、金属头装配装置和尾油填充装置沿工作台的长度方向顺序安装；所述的油墨灌填装置、塑料头装配装置和金属头装配装置安装在工作台的左侧，所述的尾油填充装置安装在工作台的右侧；

所述的油墨灌填装置由射墨机构、动力机构和凸轮摆杆机构A组成；

所述的射墨机构包括喷油嘴、封闭套、输油连接管、输油箱体、套筒、推杆A和活塞，所述的输油箱体安装在工作台上；输油箱体内沿左右方向设置通孔，输油连接管与套筒分别通过螺栓安装在输油箱体的通孔的左右两端；油筒通过螺栓安装在输油箱体的上方、油筒通过管路与输油连接管连通；喷油嘴通过封闭套安装在输油连接管的右端，活塞安装在输油连接管内，推杆A通过套筒安装在通孔的左端并与活塞连接；

所述的动力机构包括步进电机A、减速器A、转轴和轴承；所述的步进电机A固定在工作台上，步进电机A经减速器A和转轴连接，轴承固定在工作台上与转轴连接；

所述的动力凸轮摆杆机构A包括凸轮A、摆杆A和弹簧A；所述的凸轮A与转轴连接，所述的摆杆A的上端与推杆A通过螺栓铰接、摆杆A的下端与凸轮A连接，摆杆A的下端右侧通过弹簧A与弹簧底座A连接，支架A通过销轴A与摆杆A的中段连接。

所述的塑料头装配装置由塑料头插入机构、动力机构和凸轮摆杆机构B组成；

所述的塑料头插入机构为导轨滑块机构，包括滑动槽、滑块、转动头、固定挡板、L型连接头和推杆B；所述的滑动槽固定在工作台上，滑块嵌于滑动槽内；滑块与L型连接头通过螺栓固定连接，转动头夹在滑块与L型连接头之间，由转轴铰接，固定挡板固定在滑动槽上，推杆B与L型连接头的左端通过螺栓铰接。

所述的动力机构共用油墨灌填装置的动力机构；

所述的动力凸轮摆杆机构B包括凸轮B、摆杆B和弹簧B；所述的凸轮B与转轴连接，所述的摆杆B的上端与推杆B通过螺栓铰接、摆杆B的下端与凸轮B连接，摆杆B的下端右侧通过弹簧B与弹簧底座B连接，支架B通过销轴B与摆杆B的中段连接。

所述的金属头装配装置包括大气压缸、内置杆、小气压缸、压紧内置杆和夹紧弯杆；所述的夹紧弯杆固定在压紧内置杆上，压紧内置杆安装在小气压缸内；小气压缸固定在内置杆上，内置杆安装在大气压缸内，大气压缸安装在工作台上、且位于方形振动盘左侧。

所述的压紧内置杆和夹紧弯杆构成金属头的固定压紧单元，固定压紧单元直线动作的动力由大气压缸提供，夹紧弯杆的V型槽的材料为磁铁，以供金属头被输送到指定位置后，准确进入V型槽中。

所述的零部件输送装置包括输送机构、上料机构和成品箱，所述的输送机构包括固定步进电机B、减速器B、传送带，所述的步进电机B固定在工作台的后侧，所述的传送带包括皮带与带轮，传送带沿工作台前后方向安装，位于工作台左右方向的居中位置；所述的传送带有两条，平行安装在工作台上；所述带轮安装在工作台的前后两侧，工作台后侧的带轮安装在步进电机B的转轴上；所述的皮带环绕在前后两侧的带轮上，两条传送带共用步进电机B与减速器B。所述的成品箱安装在传送带的后端下方，用于收集成品笔芯。

所述的上料机构包括方形振动盘、圆形振动盘A和圆形振动盘B；所述的方形振动盘安装在传送带前端的工作台上，用于笔芯杆的上料；所述的圆形振动盘A安装在传送带左侧的工作台上，位于塑料头装配装置附近，用于塑料头的上料；所述的圆形振动盘B安装在传送带左侧的工作台上，位于金属头装配装置附近，用于金属头的上料。

所述的定位夹紧装置包括油墨灌填夹紧模块、塑料头装配夹紧模块、金属头装配夹紧模块和尾油填充夹紧模块共四个夹紧模块；所述的油墨灌填夹紧模块、塑料头装配夹紧模块、金属头装配夹紧模块和尾油填充夹紧模块结构相同；所述的油墨灌填夹紧模块、塑料头装配夹紧模块、金属头装配夹紧模块和尾油填充夹紧模块分别安装在工作台上分别对应油墨灌填装置、塑料头装配装置、金属头装配装置和尾油填充装置的位置上，且位于传送带的右侧；

所述的夹紧模块包括夹紧气压缸和压紧支杆；所述的夹紧气压缸用于托起笔芯杆。所述的夹紧气压缸包括V型块A、夹紧气压缸内置杆和夹紧气压缸缸体，所述的V型块A固定在夹紧气压缸内置杆上，夹紧气压缸缸体固定在工作台上。所述的压紧支杆包括V型块B、L型支杆、挡杆和夹板底座，所述的V型块B与挡杆固定在L型支杆上且V型块B的位置与夹紧气压缸上的V型块A对齐，L型支杆与夹板底座一并固定在工作台上。

装配时，所述的笔芯杆放置在夹紧气压缸与L型支杆之间。

所述的尾油填充装置除动力机构不共用外，与油墨灌填装置结构相同。

进一步地，所述的圆形振动盘A和圆形振动盘B均包括筒形料斗、支撑弹簧、电磁激振器和底座减振器，圆形振动盘A的螺旋槽料斗的路径槽截面为圆槽型，圆形振动盘B的螺旋槽料斗的路径槽截面为方槽型。

一种中性笔笔芯自动化装配设备的工作方法，包括以下步骤：

A、准备

将适量的笔芯杆放入方形振动盘中，适量的塑料头放入圆形振动盘A中，适量金属头放入圆形振动盘B中；将适量的笔墨和尾油分别装入油墨灌填装置和尾油填充装置的油筒中；将成品箱放在传送带的后端。上述工作完成后，接通设备电源，观察设备运行情况。

B、装配

B1、步进电机B开始启动运行，传送带开始运转，方形振动盘开始工作，1s后笔芯杆下落至皮带上。

B2、1s后皮带将笔芯杆送至油墨灌填装置工位。0.5s后夹紧气压缸将笔芯杆抬至工作平面并夹紧，与此同时步进电机A启动，带动凸轮摆杆机构A运行，将步进电机A的转动转化为摆杆A的摆动，摆杆A带动推杆A产生推力，3s后推杆A将一定量的油墨灌填到笔芯杆中。

B3、0.5s后夹紧气压缸将笔芯杆卸载，1s后笔芯杆继续由皮带输送到塑料头装配装置工位，与此同时圆形振动盘A已经将塑料头运送到装配位置。0.5s后夹紧气压缸将笔芯杆抬到工作平面夹紧，与此同时塑料头已被装入塑料头装配装置的转动头中。3s后转动头转动90度将塑料头装配到笔芯杆的前端。

B4、0.5后夹紧气压缸卸载，笔芯杆落到皮带上，1s后笔芯杆被输送到金属头装配装置工位，与此同时圆形振动盘B已将金属头运送至装配位置。0.5s后夹紧气压缸将笔芯抬到工作平面并夹紧，4s后小气压缸将金属头夹紧并由大气压杠将金属头插入塑料头。

B5、0.5s后夹紧气压缸卸载，笔芯杆落到皮带上，1s后皮带将笔芯杆输送至尾油填充装置工位，0.5s后夹紧气压缸将笔芯杆抬到工作平面并夹紧，与此同时尾油填充装置的步进电机A启动，带动凸轮摆杆机构A运行，3s后尾油被填充到笔芯尾部，0.5s后夹紧气压缸放松，成品笔芯落到皮带上。

B6、2s后皮带继续将装配完成的笔芯运送输出，成品笔芯落入成品箱中。

与现有的一些笔芯装配设备相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明设计的中性笔笔芯自动化装配设备，可以比较完整的完成一根成品笔芯的全自动无人化装配过程，多工位协同装配，而且可以进行一次完整的装配周期。

2、本发明可以连续不断的对笔芯进行装配，采用夹紧气压缸直接定位，定位精准、稳定，整体装配效率更高效。

3、本发明适当调整夹紧装置的档杆距离和替换装配塑料头的转动头可实现类似不同型号笔芯的装配。

4、本发明的整个装配过程为单程线性流水线，装配工作是连续不断的，装配各模块单独工作互不影响。

5、本发明通过对传统人工笔芯装配设备的改装，实现精准装夹的自动化装配笔芯的流水线生产系统，提高笔芯装配设备的自动化水平和生产效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的主视图。

图3为图2的I处放大图。

图4为图1的俯视图。

图5为图4的A-A剖视图(油墨灌填装置图)。

图6为图4的B-B剖视图(塑料头装配装置图)。

图7为图4的C-C剖视图。

图8为图7的II处放大图。

图中：1、工作台；2、方形振动盘；3、皮带；4、带轮；5、步进电机A；6、减速器A；7、转轴；8、轴承；9、凸轮A；10、弹簧A；11、弹簧底座A；12、摆杆A；13、销轴A；14、支架A；15、推杆A；16、套筒；17、活塞；18、输油箱体；19、油筒；20、输油连接管；21、封闭套；22、喷油嘴；23、凸轮B；24、弹簧B；25、弹簧底座B；26、摆杆B；27、销轴B；28、支架B；29、推杆B；30、滑动槽；31、滑块；32、固定挡板；33、L型连接头；34、转动头；35、圆形振动盘A；36、圆形振动盘B；37、大气压缸；38、内置杆；39、小气压缸；40、压紧内置杆；41、夹紧弯杆；42、V型块A；43、V型块B；44、夹紧气压缸内置杆；45、夹紧气压缸；46、L型支杆；47、挡杆；48、夹板底座；49、步进电机B；50、减速器B；51、成品箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。本发明的上下左右前后方位仅相对于图1，不构成对本发明的作任何限制。如图1-8所示，一种中性笔笔芯自动化装配设备，所述的中性笔笔芯包括笔墨、笔芯杆、塑料头、金属头以及尾油，所述的笔芯自动化装配设备包括油墨灌填装置、塑料头装配装置、金属头装配装置、尾油填充装置、零部件输送装置、定位夹紧装置和工作台1。所述的油墨灌填装置、塑料头装配装置、金属头装配装置和尾油填充装置沿工作台1的长度方向顺序安装；所述的油墨灌填装置、塑料头装配装置和金属头装配装置安装在工作台1的左侧，所述的尾油填充装置安装在工作台1的右侧；

所述的油墨灌填装置由射墨机构、动力机构和凸轮摆杆机构A组成；

所述的射墨机构包括喷油嘴22、封闭套21、输油连接管20、输油箱体18、套筒16、推杆A15和活塞17，所述的输油箱体18安装在工作台1上；输油箱体18内沿左右方向设置通孔，输油连接管20与套筒16分别通过螺栓安装在输油箱体18的通孔的左右两端；油筒19通过螺栓安装在输油箱体18的上方、油筒19通过管路与输油连接管20连通；喷油嘴22通过封闭套21安装在输油连接管20的右端，活塞17安装在输油连接管20内，推杆A15通过套筒16安装在通孔的左端并与活塞17连接；

所述的动力机构包括步进电机A5、减速器A6、转轴7和轴承8；所述的步进电机A5固定在工作台1上，步进电机A5经减速器A6和转轴7连接，轴承8固定在工作台1上与转轴7连接；

所述的动力凸轮摆杆机构A包括凸轮A9、摆杆A12和弹簧A10；所述的凸轮A9与转轴7连接，所述的摆杆A12的上端与推杆A15通过螺栓铰接、摆杆A12的下端与凸轮A9连接，摆杆A12的下端右侧通过弹簧A10与弹簧底座A11连接，支架A14通过销轴A13与摆杆A12的中段连接。

所述的塑料头装配装置由塑料头插入机构、动力机构和凸轮摆杆机构B组成；

所述的塑料头插入机构为导轨滑块机构，包括滑动槽30、滑块31、转动头34、固定挡板32、L型连接头33和推杆B29；所述的滑动槽30固定在工作台1上，滑块31嵌于滑动槽30内；滑块31与L型连接头33通过螺栓固定连接，转动头34夹在滑块31与L型连接头33之间，由转轴7铰接，固定挡板32固定在滑动槽30上，推杆B29与L型连接头33的左端通过螺栓铰接。

所述的动力机构共用油墨灌填装置的动力机构；

所述的动力凸轮摆杆机构B包括凸轮B23、摆杆B26和弹簧B24；所述的凸轮B23与转轴7连接，所述的摆杆B26的上端与推杆B29通过螺栓铰接、摆杆B26的下端与凸轮B23连接，摆杆B26的下端右侧通过弹簧B24与弹簧底座B25连接，支架B28通过销轴B27与摆杆B26的中段连接。

所述的金属头装配装置包括大气压缸37、内置杆38、小气压缸39、压紧内置杆40和夹紧弯杆41；所述的夹紧弯杆41固定在压紧内置杆40上，压紧内置杆40安装在小气压缸39内；小气压缸39固定在内置杆38上，内置杆38安装在大气压缸37内，大气压缸37安装在工作台1上、且位于方形振动盘2左侧。

所述的压紧内置杆40和夹紧弯杆41构成金属头的固定压紧单元，固定压紧单元直线动作的动力由大气压缸37提供，夹紧弯杆41的V型槽的材料为磁铁，以供金属头被输送到指定位置后，准确进入V型槽中。

所述的零部件输送装置包括输送机构、上料机构和成品箱51，所述的输送机构包括固定步进电机B49、减速器B50和传送带，所述的步进电机B49固定在工作台1的后侧，所述的传送带包括皮带3与带轮4，传送带沿工作台1前后方向安装，位于工作台1左右方向的居中位置；所述的传送带有两条，平行安装在工作台1上；所述带轮4安装在工作台1的前后两侧，工作台1后侧的带轮4安装在步进电机B49的转轴上；所述的皮带3环绕在前后两侧的带轮4上，两条传送带共用步进电机B49与减速器B50。所述的成品箱51安装在传送带的后端下方，用于收集成品笔芯。

所述的上料机构包括方形振动盘2、圆形振动盘A35和圆形振动盘B36；所述的方形振动盘2安装在传送带前端的工作台1上，用于笔芯杆的上料；所述的圆形振动盘A35安装在传送带左侧的工作台1上，位于塑料头装配装置附近，用于塑料头的上料；所述的圆形振动盘B36安装在传送带左侧的工作台1上，位于金属头装配装置附近，用于金属头的上料。

所述的定位夹紧装置包括油墨灌填夹紧模块、塑料头装配夹紧模块、金属头装配夹紧模块和尾油填充夹紧模块共四个夹紧模块；所述的油墨灌填夹紧模块、塑料头装配夹紧模块、金属头装配夹紧模块和尾油填充夹紧模块结构相同；所述的油墨灌填夹紧模块、塑料头装配夹紧模块、金属头装配夹紧模块和尾油填充夹紧模块分别安装在工作台1上分别对应油墨灌填装置、塑料头装配装置、金属头装配装置和尾油填充装置的工位上，且位于传送带的右侧；

所述的夹紧模块包括夹紧气压缸45和压紧支杆；所述的夹紧气压缸45用于托起笔芯杆。所述的夹紧气压缸45包括V型块A42、夹紧气压缸内置杆44和夹紧气压缸45缸体，所述的V型块A42固定在夹紧气压缸内置杆44上，夹紧气压缸45缸体固定在工作台1上。所述的压紧支杆包括V型块B43、L型支杆46、挡杆47和夹板底座48，所述的V型块B43与挡杆47固定在L型支杆46上且V型块B43的位置与夹紧气压缸45上的V型块A42对齐，L型支杆46与夹板底座48一并固定在工作台1上。

装配时，所述的笔芯杆放置在夹紧气压缸45与L型支杆46之间。

所述的尾油填充装置除动力机构不共用外，与油墨灌填装置结构相同。

进一步地，所述的圆形振动盘A35和圆形振动盘B36均包括筒形料斗、支撑弹簧、电磁激振器和底座减振器，圆形振动盘A35的螺旋槽料斗的路径槽截面为圆槽型，圆形振动盘B36的螺旋槽料斗的路径槽截面为方槽型。

一种中性笔笔芯自动化装配设备的工作方法，包括以下步骤：

A、准备

将适量的笔芯杆放入方形振动盘2中，适量的塑料头放入圆形振动盘A35中，适量金属头放入圆形振动盘B36中；将适量的笔墨和尾油分别装入油墨灌填装置和尾油填充装置的油筒19中；将成品箱51放在传送带的后端。上述工作完成后，接通设备电源，观察设备运行情况。

B、装配

B1、步进电机B49开始启动运行，传送带开始运转，方形振动盘2开始工作，1s后笔芯杆下落至皮带3上。

B2、1s后皮带3将笔芯杆送至油墨灌填装置工位。0.5s后夹紧气压缸45将笔芯杆抬至工作平面并夹紧，与此同时步进电机A5启动，带动凸轮摆杆机构A运行，将步进电机A5的转动转化为摆杆A12的摆动，摆杆A12带动推杆A15产生推力，3s后推杆A15将一定量的油墨灌填到笔芯杆中。

B3、0.5s后夹紧气压缸45将笔芯杆卸载，1s后笔芯杆继续由皮带3输送到塑料头装配装置工位，与此同时圆形振动盘A35已经将塑料头运送到装配位置。0.5s后夹紧气压缸45将笔芯杆抬到工作平面夹紧，与此同时塑料头已被装入塑料头装配装置的转动头34中。3s后转动头34转动90度将塑料头装配到笔芯杆的前端。

B4、0.5后夹紧气压缸45卸载，笔芯杆落到皮带3上，1s后笔芯杆被输送到金属头装配装置工位，与此同时圆形振动盘B36已将金属头运送至装配位置。0.5s后夹紧气压缸45将笔芯抬到工作平面并夹紧，4s后小气压缸39将金属头夹紧并由大气压杠将金属头插入塑料头。

B5、0.5s后夹紧气压缸45卸载，笔芯杆落到皮带3上，1s后皮带3将笔芯杆输送至尾油填充装置工位，0.5s后夹紧气压缸45将笔芯杆抬到工作平面并夹紧，与此同时尾油填充装置的步进电机A5启动，带动凸轮摆杆机构A运行，3s后尾油被填充到笔芯尾部，0.5s后夹紧气压缸45放松，成品笔芯落到皮带3上。

B6、2s后皮带3继续将装配完成的笔芯运送输出，成品笔芯落入成品箱51中。

本发明的油墨灌填装置工作原理如下：动力机构中的步进电机A5启动，由减速器A6调节转轴7的速度，转轴7带动凸轮摆杆机构A中的凸轮A9将回转运动转化为摆杆A12的摆动，摆杆A12带动射墨机构中的推杆A15做往复摆动产生推力，使得推杆A15的推力将油筒19中定量的油墨填充到笔芯杆中。

本发明的塑料头装配装置工作原理如下：动力机构中的步进电机A5启动，由减速器A6调节转轴7的速度，转轴7带动凸轮摆杆机构B中的凸轮B23将回转运动转化为摆杆B26的摆动，摆杆B26带动推杆B29做往复摆动产生推力，此时，圆形振动盘A35中的塑料头落入转动头34中，由于重力作用转动头34顺时针旋转90度，与此同时，推杆B29的推力将塑料头装配到笔芯杆前端。

本发明的金属头装配装置工作原理如下：圆形振动盘B36由螺旋槽料斗运出，夹紧弯杆41中的V型槽磁铁将金属头吸引并定位，接着小气压缸39带动压紧内置杆40抬起与内置杆38接触夹紧，最后大气压缸37带动小气压缸39做直线运动实现金属头的装配。

本发明的夹紧模块的工作原理如下：首先传送带将笔芯杆运送至装配装置的对应装夹工位，然后夹紧气压缸45的缸体带动夹紧气压缸内置杆44上的V型块A42上升，夹紧气压缸45在笔芯杆前后端位置各有安装，而后上升至笔芯杆与V型块B43接触夹紧，与此同时，挡杆47将笔芯杆末端挡住。当各装配装置进行装配时，实现笔芯杆自由度夹紧定位，各装配阶段夹紧一致。

本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。