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涂胶设备设计说明书
毕业设计（说明书）
2015届
题目涂胶设备的结构设计
专业机械设计制造及其自动化
学生姓名：
学号指导教师论文字数
完成日期
原创性声明
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日期：
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论文作者签名：
日期：
指导老师签名：
日期：
涂胶设备的结构设计
摘要：
本文设计了一款用于圆形工件涂胶的涂胶系统。
首先对涂胶目前常见的产品进行了介绍；其次对所设计的涂胶工位系统的整体布局设计进行了介绍；并介绍了本涂胶工位系统的工作原理：
此涂胶系统通过伺服电机带动工件转动，而胶液喷头固定不动，实现圆形涂胶；接着详细讲解了所设计了保障工件定位精确的夹具和止动气缸，来保障涂胶质量；同时设计了同步带输送系统来输送固定了工件的夹具；设计了方便调节喷头相对于工件位置的夹具，可根据工件涂胶半径的不同来调节喷头位置，实现了适应同类工件的不同定位；最后提出涂胶工位系统所不足之处，以方便后续的设计优化。
关键词：
涂胶；涂胶设备；调节定位；结构设计
Thestructureofthecoatingequipmentdesign
Abstract：
Thispaperdesignedamodelforcircularworkpiecegluecoatingsystem.Firstofalltogluethecommonproductsareintroduced;BydesignofthesecondcoatingJiaoGongintroducestheoveralllayoutdesignofasystem;AndintroducesthecoatedJiaoGongaworkingprincipleofthesystem：
Thiscoatingsystemthroughtheworkpiecerotationdrivenbyservomotor,andadhesiveliquidnozzlefixed,torealizecircularglue;Thenexplainsindetailthedesignedartifactstoguaranteethepositionaccuracyoffixtureandlockingcylinder.Toensurequalityofcoating;Synchronousbeltconveyingsystemisdesignedtotransportalsofixedtheworkpiecefixture;Designaconvenientadjustingnozzlepositionrelativetotheworkpiecefixture.Accordingtothedifferentofwork-piececoatingradiustoregulatenozzleposition.Implementedtoadapttothedifferentpositioningofsimilarartifacts.FinallyproposedJiaoGongasystemdeficiencies,tofacilitatesubsequentdesignoptimization.
Keywords：
Glue;Coatingequipment;Adjustpositioning;Thestructuredesign
第1章绪论
1.1概述
随着社会制造行业快速地发展，制造工艺也迅速地不断地推陈出新，传统的密封圈、密封垫结构已经或正在逐渐地被化学品类的密封胶剂代替。
而化工行业的发展使得各类型的密封胶类化学品剂如雨后春笋般的展现、引进、渗透到制造行业中来。
而反之各种胶类稳定、良好的性能以及其方便的包装、运输形式也使得它们在制造业的更广泛的领域里，越来越被广泛的使用[1]。
随着生产自动化的迅速发展，生产现场的手工涂胶操作者们不得不逐渐放下自己的简陋武器[2]。
快速性、一致性、均匀性、自动无人监守等一系列优良的性能使得专用计算机系统或者多轴机器人系统控制的自动涂胶机代替了落后的手工操作，让各需要施胶密封的行业的生产力得到了快速有效的提高[3]。
传统的涂胶方式人们利用比较原始的手工涂胶，纵然有许多的弊端，手工涂胶劳动率低，劳动力密集，涂胶质量不稳定的问题越来越突出，尤其在某些要求严格的场合，手工涂胶几乎无法达到要求的质量，而在市场竞争日趋激烈地今天，人们对质量和性能要求越来越高，企业已不能降低要求来减少废品及废品费用，采用技术先进的自动化涂胶设备成为企业的唯一选择[4]。
经过30多年的发展，目前，可编程序控制器已成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱（可编程序控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位[5]。
企业为了提高生产效率，不得不采用具有较大柔性的涂胶手段，但在涂胶过程中又涉及重多注意细节，比如涂胶要均匀，不断胶、不堆积；粘贴后，两模片不错片，无缝隙。
还有对胶头的要求也很严格，移动速度要迅速，转弯时胶会被甩开[6]；直线时胶会被拉细，甚至断胶不可取，也不能太慢，太慢影响效率都是我们要注意的细节[7]。
整个涂胶工位采用全自动控制，其工作逻辑是:
工件进入—各孔依次涂胶—工件流出[8]，首先将工件从工件输送架上举起，然后通过气缸将涂胶头移动到工件的涂胶点上，转动工件即可完成涂胶[9]。
在很多领域都有涂胶装备的应用。
1）汽车制造业。
汽车行业紧固件品种多、要求高、用量大,手工涂胶无法满足生产、装车的需要,因而使用高效率涂胶设备已成为应用涂胶工艺的必然需求和发展趋势。
2）生产制造鞋子行业。
随着当今制鞋行业竞争的加剧以及人们对鞋类产品质量要求的不断提高,制鞋企业在生产技术方面不断地面临新的挑战。
制造装备的落后及经济环境的恶劣,使很多制鞋企业面临着生存危机，结合制鞋涂胶工艺,提出了采用工业机器人进行涂胶操作,以代替手工涂胶,节约生产成本及提高涂胶质量。
3）用于玻璃的涂胶。
普通型玻璃涂胶机由供胶泵、输胶软管和涂胶枪组成，主要用于装配车间的自然温度常年不低于15℃的汽车生产企业。
4）电视机彩色PDP封接涂胶。
随着社会经济的飞速发展,数字化电视和高清晰度电视广泛推广和应用,人们对电视机提出了大屏幕、高分辨率、优画质、纯平面、薄形化、无X射线等一系列更高的要求，彩色PDP进入实际应用已经成为可能。
5）瓦楞纸板涂胶贴面机。
涂胶贴面机是瓦楞纸板生产线贴面机组中的核心设备，它在展示包装物精美造型的彩色纸和与纸箱的生产中起着重要的作用，为了保证瓦楞纸板涂胶均匀，粘合强度好，同时又满足该设备的工艺要求，对该设备的结构各项参数加以精心设计和计算，特别是在涂胶辊与定厚辊之间、涂胶辊与加压托辊之间根据不同的性能和要求设计了不同的线速度以达到擦抹涂胶均匀的作用，得到了良好的效果。
6）用于建筑装潢业的钉牌加工。
全自动钉牌涂胶机可以完成自动上料、双面刷胶、自动输送、切断的全部功能，是一个自动化程度较高的生产设备，该设备的应用可以提高生产效率、提高产品质量，减少污染，对于该行业生产水平的提高有很大的意义，也算填补了该技术领域的缺陷[11]。
7）育苗容器制作机的涂胶。
可降解蜂窝育苗容器制作设备由展料装置、分切热封装置、涂胶装置、牵引叠合装置等组成。
可降解蜂窝状塑料薄膜育苗容器制作需进行两次涂胶，第一次涂胶是条状涂胶，把平行运行的多条窄幅筒膜按要求粘合在一起成为复合片，以利于下道工序的叠合成型。
第二次涂胶是全面涂胶，即在复合片上表面除两面留边以外其余全面涂上胶层，使复合片叠合在一起时相互粘合成一整体。
国外自动涂胶首次应用于白车身是1980年在德国大众的Kassel分厂。
当时该厂生产PassatB2轿车，在前、后盖生产线上引入了该技术，使用的是VW的K15机器人，并采用气—液流量控制装置[10]。
1985年起Kassel分厂在K15机器人上改用液压控制的中间流量控制装置，装有带抽吸装置的外置阀，可避免初始污染。
1986年又首次在机器人自动涂胶设备上试装了Dfei—Bond公司的粘胶流量控制仪[11]。
1987年随着B3Passat车型在德国大众的投入生产，前盖生产线和门生产线上使用的机器人自动涂胶设备都装上了上述流量控制仪[12]。
与国外相比，国内机器人自动涂胶应用于轿车行业尚无先例[13]。
另外国外的涂胶设备也处于不断完善、成熟的过程之中。
因此在使用进口涂胶设备时,要根据设备的工作原理、生产需要、实际技术状况作出适当和必要的调整。
例如第二汽车制造厂标准件厂使用的ROTOMAX型和DRI一LOC型涂胶机，在开箱调试过程中发现原机的聚乙烯刮板和可调节刮胶轮无法实施质量符合要求的涂胶动作，涂胶质量很差，出现了刮板卡零件、刮胶不匀、刮胶轮工作边脱离零件、刮胶轮粘出零件螺纹中的胶液等严重问题[14]。
经分析发现，上述问题的产生是由于原机设计时对涂胶零件及卡具精度要求过高、适应面小、刮胶轮间隙调整机构不合理、某些零件质量差引起的[15]。
因此改用了精度和尺寸均有所改变的软橡胶刮板取代原聚乙烯刮板，投入生产后，涂胶零件质量稳定,达到了技术要求。
另外根据原情况,对一次性涂胶喷嘴、限位开关拔动钢丝、润滑部位与润滑剂等进行了改造,实现了稳定的涂胶生产[16]。
目前以BTL型热熔胶涂布机为代表的专用涂布设备在国内已销售30台,并出口外销到巴基斯坦等国家[17]。
加上国内80年代以来引进的热熔胶涂布机，预计1996年全年生产热熔压敏胶（主要是热熔压敏胶带和商标标签,不包才舌妇女卫生巾、尿布等制品）产量将达到3000吨的水平。
与1994年的年产量1200吨相比,产量增加一倍以上。
从使用的厂家调查情况看,使用国产热熔胶涂布机（大型设备进行配套制胶）生产热熔压敏胶胶粘制品的开机率和制品质量均达到较高水平,取得了良好的经济效益。
奥地利EVG集团在3月17—19日举行的“SEMICON中国2004”博览会上介绍了该公司最新一代EVG150全自动原片喷雾涂胶系统。
该改进后的系统提高了胶的涂覆能力，特别适用于圆片表面复杂图形结构的涂覆，为微机电系统、先进的圆片级封装、化合物半导体及薄膜技术市场开拓了新的应用。
新的EVG150使用OmniSpray涂胶技术，是1998年以来的第三代产品，表明了圆片涂胶设备在不断完善，此涂胶系统是基于表面具有复杂图形结构如沟槽的圆片涂胶而设计的，非常适合于小的、不规则的基片[18]。
由于社会行业分类很多，大家对胶的处理与使用方法也不同，虽然叫做涂胶机的设备很多，但其同名下也有根本的区别，而最明显的区别在于它们所涂出的胶的形式不同，我们这里所说的自动涂胶机严格意义上应当叫做“线形轨迹涂胶机”就是靠自动控制系统或者机器人控制系统带动涂胶头根据设定编制好的固定轨迹运动，对涂胶头所走过的轨迹中需要施胶的部分进行施胶，这样的轨迹可以是平面内的直线、圆弧、点，也可以是立体空间工件上的直线、圆弧、点。
而同样叫做涂胶机而用在板材、胶布等上面进行辊子式面形涂胶形式的不在今天我们的概念之中。
当然，具有类似的线形轨迹涂胶的设备也因行业的不同而叫法各异，比如电子行业的小型涂电子板上的微型涂胶机在许多地方叫做点胶机，其他地方随着地方叫法不同也有打胶机、上胶机、滴胶机、胶水机等。
但最根本的叫法我们还是叫做涂胶机，或者自动涂胶机，或者智能涂胶机。
涂胶机根据各具体使用行业不同，各设计开发厂家的开发理念不同而不同，所以分类方法也是各异：
按照涂胶工件而分：
发动机涂胶机、汽车灯具涂胶机、电子板涂胶机等。
根据控制系统而分：
机器人涂胶机、数控系统涂胶机、单片机控制涂胶机等。
根据控制轴数而分：
2轴涂胶机、2.5轴涂胶机、3轴涂胶机、多轴涂胶机等。
根据所涂胶类而分：
厌氧胶涂胶机、硅胶涂胶机、聚氨脂胶涂胶机等。
根据胶的配比而分：
单组分胶涂胶机、双组分胶涂胶机等。
根据涂胶头数而分：
单头涂胶机、双头涂胶机、多头涂胶机等。
根据外形结构而分：
在线涂胶机（配合生产线运转）、线边涂胶机、微型台式涂胶机、标准台式涂胶机。
涂胶机由于使用场合的不同，国内外出现了各种形式，无论哪种形式，都是为了完成涂胶的功能，所以涂胶机的结构一般由电气控制系统、供胶系统、运动行走机构、工装机体系统以及气动系统组成。
控制系统是自动涂胶机的核心部分，它如同一个人的大脑，里面存储着所有轨迹的数据，所有外部的动作一般都由它来发号施令。
我们公司目前可以制造各种形式的涂胶机，如小台式电子或微型件目小范围涂胶机、2/3轴数控系统自动涂胶机、多轴自由度机器人涂胶机。
所用系统均为可靠的国际知名品牌，如德国西门子系统、韩国ROBOSTAR机器人系统、韩国多司机器人系统、日本IAI机器人系统、安川机器人等系统。
控制系统这个大脑性能的好坏，决定了你的涂胶机存储程序的多少，操作性能的优良，使用稳定性如何，以及最后涂胶效果的好坏等，是保证所涂产品密封性能的最基本的保障。
目前一般来说，用于涂胶机的供胶系统是根据胶的包装形式来区别的，胶一般有小针筒式、300ml小胶桶包装式、5GAL/20KG包装以及55GAL特大桶包装。
一般中间2种多，300ml小胶桶包装选用气压小泵供胶，节约成本又实用，5GAL可摆脱频繁换胶的烦琐，但要多用个柱塞泵，成本大大提高。
我们选用英国的300ml供胶系统、日本YAMADA或美国GRACO的柱塞泵系统来实现低/高压力下的胶的传送[19]。
而另外一端涂胶阀的选用也是很关键的元件，对于小胶筒、黏度低采用低压供胶的胶来说，基本上使用进口或者国产或者某些设备厂家自己设计制造的涂胶阀都没有太大的问题，可能随着使用时间的长短不同更换相应的密封件就可以再次使用，但对于高压供胶的涂胶阀来说则不同，需要涂胶阀有着可耐受供胶压力的能力，还要有快速开阀与快速关断的能力，否则会出现不尽人意的麻烦。
我们公司选用的都是在各自场合下安全可靠的可迅速开关的、且具有良好密封性能的进口胶阀，可以满足各种场合下各种胶的使用。
该机构就如同人的双腿一般，也就是各厂家所说的工业机器人。
一般是由伺服电机作为动力源，根据控制系统发送来的指令进行轨迹的行走，来完成速度与位移的变化。
伺服驱动系统是一个闭环或半闭环的系统，所以其定位精度相对比较高，成本造价也比较高，但其运动速度与响应能力强。
但在一些要求简单的场合，有些小的设备可以采用步进电机来完成，这种驱动源虽不如伺服效果好，但也可以完成一定速度下的定位轨迹行走，但成本低廉。
一般选用国内国际品牌如HIWIN直线导轨、MAX线性导轨、松下、安川等伺服驱动等来组配等，或采用韩国进口一体化机器人成套系统等[20]。
工装机体与外观选择就要与用户协作，根据用户的使用场所与所涂工件的大小、重量等来进行设计适合于用户的外观形状，根据用户工件的具体来设计工件的定位形式工装夹具等。
气动系统在整个涂胶机内是个辅助系统，主要完成工装夹具的夹紧与释放，涂胶阀的开、关以及供胶系统的气源使用等。
1.2研究内容
本文设计了一款用于圆形涂胶的涂胶系统。
此涂胶系统通过伺服电机带动工件转动，而胶液喷头固定不动，实现圆形涂胶。
本文设计了保障工件定位精确的夹具和止动气缸，来保障涂胶质量；同时设计了同步带输送系统来输送固定了工件的夹具；设计了方便调节喷头相对于工件位置的夹具，可根据工件涂胶半径的不同来调节喷头位置，实现了适应同类工件的不同定位；并设计了固定整个系统的支架。
第2章总体布局设计
为实现全自动化涂胶工艺，本文设计了涂胶自动化流水线中最重要的工位—涂胶工位，实现涂胶的自动化，不但可以保障涂胶质量，并且提高效率，节省劳动力，降低成本。
图2.1是所假设工件样子。
其凹槽即需涂胶位置，需涂胶量：
72924.22mm3。
图2.1假设工件
2.1涂胶工位的工装原理设计
其主要工作原理是：
第一步，将工件固定在工装夹具上；第二步，将带有工件的夹具放置在支架的输送带上，通过夹具两侧的限位块，限制了夹具在横向上的移动，通过夹具与输送带之间的摩擦力，实现夹具的输送；第三步，当夹具接近涂胶工位时，先由接近开关感知夹具即将到达工位，驱动主动辊的电机停转，传送带停转，与此同时，止动气缸伸长，挡在夹具前面，将夹具定位；第四步，夹具所静止停泊的位置为涂胶工位，工装正下方的行程气缸伸长，在接触工装时，气缸顶端的磁铁通电，具有磁性，即吸住铁材质的夹具，继续将夹具顶起，在与原位置距离20mm位置时，行程气缸不再伸长，即到达涂胶喷头位置；第五步，止动气缸缩短，恢复原始长度，在行程气缸的下方的电机通电转动，电机带动行程气缸和夹具一起转动，在转动一圈后停止，同时，控制涂胶量的气缸活塞下冲程，将胶液压入与气缸相连的喷头内，胶液受压力，从喷头口挤出，随工件转动，胶液涂在工件凹槽内，即完成工件的涂胶；第六步，磁铁断电，无磁性，行程气缸缩短，将夹具放回传送带上，行程气缸恢复原始长度，主动辊电机通电转动，将涂胶好的工件运到下一工位，这样便是一个循环结束。
工作原理图如下图2.2涂胶设备的工作原理所示。
1伺服电机；2行程气缸；3工件；4轴承座；5轴；6夹具；
7输送带；8胶头支架；9胶头；10减速电机；11同步带
图2.2涂胶设备工作原理
2.2涂胶工位的整体布局设计
涂胶工位主要有支架，输送系统，定位系统和涂胶旋转系统组成。
如图2.2所示。
支架主要起到支撑整个工位系统的作用，高低参考一般流水线高度，适合人观察和管理。
支架采用角钢焊接而成，即可节省成本，也可保障整个工位在运行过程中的稳定性。
输送系统主要作用是将夹具不断向前输送，实现夹具在工位上位置的变化，得意实现涂胶和进行下一工位的工艺。
输送系统直接安装在支架上。
输送系统包括：
主动辊，从动棍，传送带，同步带，同步带轮和减速电机。
定位系统是实现工件在系统中的定位，得以保证涂胶的质量和速度。
首先先将工件定位在夹具上，在水平任何方向上不能相对夹具而产生位移。
夹具放置在传送带上，通过夹具两侧的限位块与传送带侧面接触，实现在横向上的定位，当固定在支架上的止动气缸伸出时，可实现夹具在纵向单方向的限制，止动气缸保障夹具到达指定的顶起位置。
涂胶旋转系统是实现工件转动的部件，可固定于传送带下方的支架上。
涂胶旋转系统由电机带动，行程气缸固定在电机上，而行程气缸可将夹具顶起，顶到涂胶头涂胶位置。
这样当电机转动时，电机可带动行程气缸及夹具转动，实现涂胶。
而夹具与行程气缸之间通过通电磁铁连接，当通电时，通电磁铁具有磁性，可吸住夹具，使得夹具与气缸之间连为一体，当断电时，通电磁铁失去磁性，夹具和气缸可分离。
1支架；2输送系统；3喷头夹具；4工件；
5止动气缸；6涂胶旋转系统
图2.3涂胶工位整体布局设计
2.3主动辊驱动电机转速的确定
主动辊通过同步带与电机相连。
输送工件的输送带单位时间（秒）内前进距离为30mm，所以输送带速度为40mm/s，即主动辊的角速度：
（2-1）
———主动辊角速度；
———主动辊轴半径；
因为主动辊与同步带同轴，所有二者角速度相同；
又因为同步带传动，两同步带外圆线速度相同，所以：
（2-2）
传动比为：
（2-3）
Z电——小轮齿数；
Z主——大轮齿数；
——电机轴角速度；
所以，
所以电机的转速为：
假设工件间距为A=150mm，则：
公式中t1
其中t1为工件被输送到指定的涂胶工位所需的时间。
第3章主要零部件的结构设计
涂胶工位主要有支架，输送系统，定位系统和涂胶旋转系统四部分组成。
各部分共同作用，相互支撑，实现自动化涂胶功能。
3.1支架的结构设计
支架主要起到支撑整个工位系统的作用，高低参考一般流水线高度，适合人观察、操作和管理。
本文所设计的涂胶设备重量较小，故支架采用GB/T9787-198热轧等边角钢40×40×3焊接而成，即可节省成本，也可保障整个工位在运行过程中的稳定性。
图3.1等边角钢
图3.2角钢焊接状态
支架通过长短不同的角钢焊接而成，支架结构尺寸请参考下图模型。
图3.3涂胶支架
3.2输送系统的结构设计
输送系统主要作用是将夹具不断向前输送，实现夹具在工位上位置的变化，得意实现涂胶和进行下一工位的工艺。
输送系统直接安装在支架上。
输送系统包括：
主动辊，从动棍，传送带，同步带，同步带轮和减速电机。
输送系统由主动轴，从动轴，传送带，同步带，带轮和减速电机组成。
3.2.1输送轴的结构设计
根据轴在工作中的作用，轴的结构取决于：
轴在机器中的安装位置和形式，轴上零件的类型和尺寸，载荷的性质、大小、方向和分布状况，轴的加工工艺等多个因素。
合理的结构设计应满足：
轴上零件布置合理，从而轴受力合理有利于提高强度和刚度；轴和轴上零件必
须有准确的工作位置；轴上零件装拆调整方便；轴具有良好的加工工艺性；节省材料等。
主动轴与减速电机连接，减速电机通过同步带提供动力，主动轴和从动轴共同作用，通过相连接的皮带，实现输送功能。
输送带上放置工装夹具，这样一个接一个的夹具便可以输送，从上一个工位输送至下一个工位。
所设计的轴两端安装有轴承，轴通过轴承实现转动，主动轴一侧最外端设计与大轮安装位置，大轮与轴通过平键连接，实现方便拆卸和安装简单。
轴中间位置设计了2个凹槽，是用来传送输送带之用。
输送带在凹槽内传动，保证了其轴向的定位，实现工件在输送过程中不会偏离原有轨迹位置，保证涂胶质量。
从动轴在结构上与主动轴类似，只是少了大轮的安装轴径位置。
主动轴和从动轴都属于阶梯轴。
主动轴和从动轴的材料都选用40Cr，后期都需进行调质处理，提高其刚度和强度。
根据结构需求，所设计的轴结构如图3.4主动轴。
图3.4主动轴
主动轴为了精确输送夹具，需用到2条输送，这样2条输送带可以支撑夹具。
在主动轴和从动轴的结构上，做了保证输送带精确传动的输送带轨道，轨道宽度与输送带宽度配合，单边大1mm。
图3.5从动轴
3.2.2轴强度的校核
在机械系统中，金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。
强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。
强度是机械零部件首先应满足的基本要求。
强度校核就是对材料或设备的力学性能进行检测并调节的一种方式，如抗冲击强度，抗弯曲强度等，并且这种方式以不破坏材料或设备性能为前提。
强度的校核研究是综合性的研究，主要是通过其应力状态来研究零部件的受力状况以及预测破坏失
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