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    N95全自動口罩機分析

    發布時間:2020-04-22 16:34
    市面上,N95口罩的類型也挺多的,今天要分析的這款口罩機,生產的口罩是這樣的:
     
     
     
    我還是把口罩機的軸測圖先放上來,大家看一下,可以有點大概的印象:
     
     
     
    然后,把整個口罩機按照它的工序標注出來,再根據這些工序依次的分析。
     
     
     
     
    整體設備的工作順序我就不多說了,肯定就是從右向左。然后按照工序,咱們依次開始說。
     
    原材料上料工序
     
     
     
     
     
    N95口罩一般是由3-6層布料組成(具體可以看上面的口罩圖片),可以看的出來,這款口罩機最多可以做6層的口罩。當需要做幾層的口罩時,就在料架上放幾卷布料,其余的空著就OK了。
     
    一、先來說說布料的路徑
     
    每卷布料各自穿過張緊機構,然后經過布料卷支撐架,進入下一工序,聽起來可能有點糊里糊涂,不過不要著急,我把布料的路徑整理了一下,這樣看起來就很直觀了:
     
     
    因為上、下的布料路徑是一樣的,所以我就只弄了上面的部分。
     
    二、再來看一下這個工序里的機構
     
     
    1、布料卷放置架
     
     
     
    這個機構是帶了驅動電機提供動力的。
     
    2、張緊機構
     
     
    布料最右側連接的是布料卷,上面我們說過:布料卷放置架是有驅動的,所以這個張緊機構起到的作用就是:防止布料出現過松或過緊的狀態。具體原理如下:
     
    這里先說一下,配重塊的作用是:減輕旋轉桿左側兩個滾筒對布料的下壓力,但并沒有超過它們的重力,所以自由狀態下,張緊機構是會往兩個滾筒方向旋轉的。
     
     
    1)當布料卷開始放料,由于放料速度大于生產時的進料速度,所以這時布料會開始變松,而旋轉桿左側的滾筒由于重力原因開始下墜,一直到感應板被傳感器檢測到,這時布料卷的驅動電機停止,在這個過程中,布料一直保持緊繃的狀態;
     
    2)當驅動電機停止旋轉后,進料會使布料越來越緊,這時會拉動旋轉桿左側的滾筒逐漸往上,直到感應板被上面的傳感器檢測到,布料卷開始放料;
     
    3)重復以上過程。
     
    以上,就是張緊機構的工作原理啦。然后,我們可以看到上面的圖里還有一個硬限位塊,它的作用是當張緊機構對應的布料放置架沒有使用時,用來支撐住旋轉桿,就是下面這個狀態:
     
     
     
     
    最后,關于張緊機構,再說一個大家可能會有的疑點:
    為什么一定要張緊機構,是不是可以去掉呢?
     
    首先,如果沒有張緊機構,那布料卷就需要和后面的工序直連,而如果那樣,要解決以下問題:
    1)為了避免出現布料過緊或過松的問題,需要前后速度匹配,雖然工序生產速度是一定的,可以將布料卷的旋轉速度和工序匹配,但是布料卷的直徑卻是不一定的,當直徑改變時,放料速度也會變,所以要做到放料和進料速度匹配是非常難的;
     
    因此,這就可以看到張緊機構的作用:當缺料時,可以及時檢測到,然后放料;當放料到一定長度后,也可以及時檢測到,然后停止放料。
     
    3、布料支撐架
     
    布料支撐架機構比較簡單,我就把它們的詳細圖片放上來,大家看一下就明白了:
     
     
     
    裝鼻梁線&壓紋工序
     
     
     
    在說這個機構的工作順序之前,先說一下最上面的布料是什么情況,咱們都知道N95口罩不像一次性口罩,可以利用折疊把鼻梁線包裹進去,所以對于N95口罩,就只有把最外層布料從上面走,然后把鼻梁線從布料之間插入進去。這就是為什么有一層布料從上面走的原因。
    一、工作順序
    1、最外層和其他布料,分別按照上圖里的路徑進入壓紋機構;
    2、布料在進入壓紋機構的同時,鼻梁線裝料機構將鼻梁線推入布料中。
    二、還是再來分析一下機構
     
    1、過料機構
     
     
     
    這個機構的作用是為了將幾層布料進行壓疊,原理其實就是:波紋把手往下旋緊,然后彈簧壓緊滑動塊。
    作用比較簡單,所以咱們就直接來說它值得借鑒的機構:首先看一下,連接軸和固定塊的接觸方式:連接軸上有一個槽,卡進固定塊,這樣連接軸在旋轉的同時,也會有升降的動作。
    之所以這么做,是為了在換布料卷的時候,方便將布料放入兩個滾筒之間:只需要旋轉手柄桿,上面的滾筒就會升起,直接將布料放進去就可以了。
    2、鼻梁線送料&裝料機構
     
     
     
    1)咱們先來看一下機構的動力傳遞,可以看到:上圖中的動力全部來自動力軸,而后面的工序基本上動力也都是從這個動力軸而來,關于這個咱們最后再說。
    動力從動力軸到上面后,傳遞給凸輪分割器(標注了凸輪分割器的位置,圖紙在打開的時候報錯,導致分割器顯示不出來),然后再由分割器把動力分別傳遞給鼻梁線裝料機構和送料機構。
     
    然后我們再來說一下這個地方原本的凸輪分割器是什么樣的:
     
     
     
     
    兩個入力軸(另一個在那一側),一個出力軸,連接方式是:入力軸分別連接動力和送料機構鏈輪;出力軸連接裝料機構同步輪。
     
     
     
    從上圖可以看到,兩個入力軸其實是一個整體,因此動力會直接傳遞給送料鏈輪,它的運動是無間歇旋轉;而連接出力軸的裝料機構同步輪,經過分割器的內部機構后,它就變成了間歇旋轉。(有想進一步了解分割器的同學,可以百度一些資料)
     
    2)鼻梁線送料機構
     
     
     
     
    先說一下具體的工作順序:
    → 鼻梁線從料盤出來,經過導正/驅動機構(料盤是無動力的,鼻梁線靠驅動機構牽引著往前走);
    → 從導正/驅動機構出來后,經過料道,進入送料盒;
    → 將鼻梁線送到位后,旋轉擺輪剛好碰一下切刀,將鼻梁線切斷,然后由裝料機構將鼻梁線推進布料中;
    → 重復以上過程。
    順序說完后,再分析一下鼻梁線料盤、導正/驅動機構的工作原理:
     
    鼻梁線料盤:
     
     
     
    鼻線輪--旋轉軸--鎖緊塊--頂桿--放線盤,其實這一套機構是為了讓導正/驅動機構在缺料時,可以拉出料;料多時,料盤又可以及時停止,具體工作原理如下:
    首先,我們得知道:鼻梁線是從鼻線輪下方通過的,當導正/驅動機構缺料時,鼻梁線被拉緊,然后將鼻線輪往上抬,帶動旋轉軸旋轉,旋轉軸又帶動鎖緊塊順時針運動,頂桿就會被放下,這時料盤就可以旋轉了;當放料多了后,鼻梁線會松,這時鼻線輪會往下,剩下的動作就和剛才相反了,最后,頂桿會頂住放線盤,料盤就停止轉動了。
     
    以上就是鼻梁線料盤的工作原理。
    然后繼續說導正/驅動機構
     
     
    關于下滾筒調節機構,這個和前面說到的過料機構原理和作用是一樣的,不同的是調節螺絲先頂緊的是頂板,然后頂板再通過和滾筒滑塊之前放置的彈簧,將滾筒頂緊(具體結構見下圖)。
     
     
     
     
    然后繼續說其他機構,導正機構的作用其實就是防止鼻梁線跑偏的,從圖片中可以看到,最左側和最右側的兩個滾輪是V型的,可以限制鼻梁線往兩側竄動;
     
    鼻梁線從導正機構出來后,穿過傳感器安裝塊,再從對輥滾筒中間穿過,進入到后面的料道。而驅動對輥滾筒的正是上面的驅動凸輪,凸輪每旋轉一圈,就會接觸滾筒一次,接觸的時候會驅動滾筒旋轉。
     
    注:有人可能會問:為什么要用兩個凸輪,用一個不就可以達到目的了(其實剛開始我也是這么想的,哈哈哈),其實它的目的是用兩個凸輪,就可以隨意的調整接觸滾筒的角度,從而可以調整鼻梁線每次的進給長度。
    3)鼻梁線裝料機構
     
     
     
    先說一下,推桿兩端是有魚眼接頭的,只是模型打開缺失零件,所以顯示不出來,大家知道這一點就可以了。
    機構的動作順序為:偏心輪旋轉帶動推桿和推板前進,將鼻梁線送入布料中間。
     
    3、壓紋機構
     
     
     
    可以看到,壓紋機構的動力也都來自動力軸,而這個動力軸和之前鼻梁線送料&裝料機構的動力軸是同一個;而關于齒輪之間具體怎么傳遞的動力,大家可以下載三維模型詳細看一下。接下來,繼續看這個機構的具體細節:
     
     
     
     
    我們逐個工位來看:
    壓紋工位:它的滾筒上是有很多紋路的(模型上沒有表達出來),用來壓出N95口罩外側的紋路。而之所以能夠壓出紋路,就是因為有下面的超聲波焊接頭和振動子,這個在分析一次性口罩機的時候已經說過了,所以就不啰嗦了;
     
    關于這個工位的調節機構,其實一看就明白:上下各一個頂緊螺絲,將滑動塊固定??;而中間彈簧的作用,是為了在松開上面頂緊螺絲的時候,壓紋滾筒可以自動往上提起,而不需要再去擰下面的頂緊螺絲。
     
    裁切呼吸閥孔工位:滾筒有一個凸出的圓圈,就是用來把呼吸閥安裝位置的孔裁切出來,裁切下來的廢料再經過料斗排出。但這款口罩機后面沒有安裝呼吸閥的工位,所以這個工位是用不到的(上面的視頻中,這個工位就沒有使用);
     
    滾筒對輥機構:為布料前進提供驅動力;關于上滾筒調節機構的作用和原理,前面已經說過了,有還不了解的同學可以往前翻一下。
     
    印字工序&熔接耳帶工序
     
    之所以把這兩個工序一起說,是因為它們在實際生產過程中是有關聯運動的,先來看一下兩個工序的具體圖片:
     
     
    可以看到,左右耳帶熔接機構和移印機構之間,都是通過螺桿連接著的,同時它們可以沿機架上的導軌一起運動,驅動源就是機架下面的伺服電機+絲桿機構:
     
     
     
    而關于上面幾個機構為什么要運動呢?
    原因就是:布料是一直處于前進運動狀態的,而移印機構和熔接耳帶機構在工作時,是需要和布料接觸的,所以就要保證布料和以上兩個機構在接觸的時候,是沒有相對運動的。因此移印機構和熔接耳帶機構,就需要在和布料接觸時,和布料一起前進;在和布料分開時返回。
     
    解釋完了機構之間的關聯,和機構要運動原因,下面就繼續挨個分析機構。
    一、移印工序
    咱們經??吹絅95口罩兩邊有這樣的文字,就是用這個工序做出來的。
     
     
     
     
    接下來看一下,移印工序的具體結構:
     
     
     
     
    首先說一下,左右移印機構的原理都是一樣的;這個印字工序使用的是移印工藝,等會順便可以把移印的工藝說一下。
    1、末端印章和油印盒的運動是通過同步帶+導軌機構:電機驅動同步帶輪運動,然后將滑動機構和同步帶固定,就可以做直線運動;這個機構比較簡單,但是卻很常用,所以大家可以記一下,用作以后設計其他設備。
     
    2、動作順序(其實也就是移印的工藝):1)油印盒先在移印底板上涂上顏料;
    2)印章運動到移印底板上方,然后雙軸氣缸下壓,印章沾上顏料;3)最后印章移動到布料通過的位置上方,雙軸氣缸下壓,就可以將顏料印在布料上了。
     
    二、熔接耳帶工序
    左耳帶和右耳帶熔接機構和原理都是一樣的,只是位置不同,所以咱們分析其中一個就可以了。
     
     
     
     
    還是把整個工序分為幾個機構,這樣才能說的更詳細點,先來說一下整個工序的大概工作步驟:
    → 耳帶從送料機構出來,到耳帶拉取熔接機構上;→ 然后耳帶拉取熔接機構,拉取耳帶,再由剪耳帶機構把耳帶剪斷;→ 最后由耳帶拉取熔接機構,將耳帶熔接在口罩上。
    好了,大概的工作順序就是這樣,然后開始依序分析機構:
    1、耳帶送料機構
    本來一次性口罩機上用的也是這種機構,但當時忘記分析了,所以這次就帶上它。
     
     
     
    耳帶的路徑:
    耳帶卷--驅動輪&壓緊輪--調節線輪--過線輪--過線孔
     
    可以看到,壓緊輪將耳帶壓緊在驅動輪上,隨著驅動輪的旋轉,耳帶會不斷向下;另一端,耳帶通過過線孔后,連接拉取機構。但是顯然,耳帶的放料和拉取速度不會匹配,所以調節線輪的作用就是調節耳帶緊繃狀態的。
     
    當驅動輪驅動耳帶放出后,耳帶會變松,這時調節線輪因為重力下降,直到被傳感器檢測到,驅動電機停止工作;此時,拉取機構會繼續拉取耳帶,將調節線輪往上提,當傳感器檢測不到調節線輪后,驅動電機又馬上開始工作,使耳帶開始放料。就這樣一直循環這個放料動作。
     
    2、耳帶拉取熔接機構
     
     
     
     
    左側的超聲波振動子和焊接頭,已經解釋過了,所以就不廢話了;
    重點看右側的,由于圖片可能看的不是很清楚,所以先來說一下部分零件之間的連接關系:
    下壓氣缸驅動的是固定板;熔接拉桿上部分是螺紋,通過鎖緊螺母,鎖定在固定板上;
    熔接拉桿和耳帶拉?。μ幚頇C構,是可以相對滑動的(可以看熔接拉桿末端細節),但熔接拉桿上升到末端接觸耳帶拉取機構時,會將整個耳帶拉取機構托起來;
     
    以上就是要做的特殊解釋說明。再來說一下縱向運動的原理:
     
    → 下壓氣缸帶動固定板向下;→ 固定板帶動熔接拉桿向下 ;→ 這時本來被熔接拉桿托起的耳帶拉取機構,因為重力原因開始向下 ;→ 當耳帶拉取機構到底后,下壓氣缸會帶動熔接拉桿繼續向下,直到末端到底。
    → 下壓氣缸帶動固定板向上;→ 固定板帶動熔接拉桿向上,直到末端接觸到耳帶拉取機構,兩者開始一起向上運動 ;→ 直到上升至氣缸限位。
    1)接下來,就開始分析耳帶拉?。μ幚頇C構了
     
     
     
     
    以上是耳帶拉?。μ幚頇C構的兩個不同角度,再來一張末端爪的細節圖:
     
     
     
     
    先解釋一下部分零件的作用:
     
    ① 傳感器通過檢測電機旋轉感應塊,來配合電機控制旋轉角度(每次旋轉180°);② 末端爪中的彈片可以通過鋼珠,保持爪子的狀態(被壓爪塊壓下去后,不會彈起來);
    ③ 爪子被壓爪塊下壓后,會變成這種狀態(可以將耳帶壓緊,防止掉落):
     
     
     
    然后說一下這個機構的工作順序(最重要的):
     
    → 初始狀態下,耳帶一端經過線輪,被壓緊在爪子-1下面;
     
    → 這時旋轉電機帶動末端爪向右旋轉180°,爪子-1壓住耳帶一端就會自動拉取耳帶,變成如下狀態:
     
     
     
    → 壓爪氣缸帶動壓爪塊下壓,將爪子壓下,壓住耳帶,剪耳帶機構剪斷耳帶后,和壓爪塊一起退回;(后面會說剪斷的原理)
    → 接著,整個機構開始下壓,一直到兩側壓線塊壓住耳帶的兩端;
     
    → 壓線塊將耳帶熔接在口罩上后,壓線條氣缸帶動壓線條下壓,在壓線條將繞線塊上的耳帶推掉的同時,壓線條安裝板會壓下爪子-2&爪子-3&爪子-4處翹起的一端,從而使這三處的爪子恢復原狀,同時爪子可以將剪斷的耳帶放下(注意:爪子-1處的爪子是沒有被壓住的,所以不會松開);
    注:壓線條安裝板,在后續的動作過程中只會壓爪子-2&爪子-3處的爪子,因為爪子-4的狀態后面都會是恢復原狀后的爪子(有點拗口,大家仔細思考一下就明白了)。
    → 整個機構上升,耳帶就成功熔接在了口罩上。不斷重復以上過程,就實現了快速拉?。θ劢佣鷰У膭幼?。
     
    3、剪耳帶機構
     
     
     
    紫色部分是用來調節剪耳帶機構角度和位置的,我已經做了標注,所以就不細說了。
     
     
     
    做一下特殊說明:推塊銷軸孔和剪刀旋轉軸處,實際生產中是有銷軸的;彈簧放置孔里(左右各一個),同樣也是應該有彈簧的,可能是因為原作者沒有添加或者是模型打開報錯的原因,沒有顯示出來,大家知道這點就可以了。
    然后就是,要知道推塊和圖中的綠色零件以及剪刀限位塊之間,并沒有連接,是可以滑動的,圖里可能表達的不是很清楚,所以我提醒大家一下。
     
    這個機構的工作順序:
    → 氣缸推送前端機構,伸向耳帶;→ 當剪刀限位塊碰到上面介紹的壓爪塊后(具體看下圖),氣缸繼續推送,這時推塊就會推動剪刀形成閉合,從而剪斷耳帶;
     
     
     
    → 退回時,由于推塊上的彈簧作用,使推塊和剪刀限位塊處分開,剪刀再次回到張開狀態。
    以上就是剪耳帶機構的工作原理,好了,終于分析了整個設備的一大半了,好累?。。?! 下面繼續。
    貼標簽工序
     
    這個貼標簽機構,貼的是口罩內側的標簽,但是我印象里N95口罩內側好像沒有標簽,也許是我還沒見到,不過既然這個機構在這了,咱們就一起分析了。
    其實,這就是一個標準的貼標機構,做過貼標機的朋友應該會很熟悉,具體就看圖吧。
     
     
     
    布料從上方通過時,貼標機構將標簽貼在布料上,接下來再看貼標機構的具體細節(注:調節機構是用的絲桿,具體的細節,大家可以查看三維模型):
     
     
     
    再來看一下另一個角度的圖片:
     
     
     
    首先,來看一下標簽紙的工作順序:
    標簽料盤--經過下方的三個滾筒--從剝標板和壓標板中間穿過,同時將底紙上的標簽貼在口罩上--底紙經牽引機構,最后到收底紙滾筒上
     
    而標簽紙的前進動力靠的是牽引機構的拉動,而牽引機構和收底紙滾筒的動力,都來自主動輪上的電機。
    再來看看部分機構的作用:
    張緊滾筒:保持標簽紙的緊繃狀態,它的工作原理如下:
    張緊滾筒的旋轉處有一個收縮卷簧,當標簽紙較松時,張緊滾筒靠卷簧的應力將標簽紙撐緊,從而達到保持標簽紙緊繃的目的。
     
     
     
     
    推動氣缸的作用:要貼標時,推動氣缸將剝標板和壓標板推到口罩上,進行貼標;貼完后,再退回。
     
    口罩裁切&廢料處理工序
     
     
     
     
    這個工序中,過料機構、對輥機構1-4的作用都是為了牽引口罩前進,它們的驅動力都來自動力軸(這個動力軸和前面的是同一個),而具體的動力傳遞方式,大家可以下載三維模型詳細研究;關于這些機構的調節機構原理和作用在前面都說過了,沒看到的,可以往上面翻一下,這里就不再啰嗦了。
    一、然后是口罩折疊機構:
    咱們都知道N95口罩是折疊起來,而前面工序中口罩一直都是鋪開的,所以這個工序的作用就是將原來鋪開的口罩對折,然后進入對輥滾筒-1。
     
    二、無動力滾筒工位
     
    這個工位比較簡單,但是它的調節方式可以說一下:
     
     
     
    轉動波紋把手,帶動傳動軸旋轉,然后通過傘齒傳動機構,帶動螺桿轉動,從而達到調節活動滾筒位置的目的。
    三、口罩裁切工位
     
     
     
    絲桿傳動模組帶動整個機構往復運動,其目的和前面的一樣,都是為了保證和口罩沒有相對位移;
     
    折疊后的口罩,通過裁切壓紋模具和超聲波加熱,達到裁切口罩的目的。
     
    四、翻耳帶工位
     
     
     
     
    在經過翻耳帶工位之前,耳帶都是朝下的,而我們觀看上面的視頻就知道,最后口罩出來時,耳帶都是朝上,所以,這個工位的作用就是把從中間經過的口罩耳帶翻到上面。
    五、口罩輸出工位
     
     
     
    出料帶將口罩帶出,同時被裁切掉的廢料從如下路徑:滾輪-1→滾輪-2→滾輪3→滾輪4→ 驅動滾筒&壓緊滾筒,被排出。
     
    而收廢料機構的動力,同樣還是那根動力軸,經過傘齒機構傳遞的。下面咱們就看看那個出場次數最多的動力軸,它的動力又是從哪來的:
     
     
     
     
    可以看到,動力源是兩臺伺服電機+減速機,然后它們的動力再通過一根動力軸,傳遞給各個工序。
    整臺設備是分了好幾臺機架組成的,所以為了在分開機架時,不把整個動力軸都拆掉,就在機架對接的地方,用上了圖中的十字萬向可伸縮聯軸器(標準件):
     
     
     
    終于完了??!以上就是N95全自動口罩機的動作、機構分析,還是那句話,如果有沒說到的地方,歡迎大家在評論區補充。