劉學東

【摘要】在電機行業(yè)中，鐵殼電機的應用十分廣泛。由于人工裝配存在很多不足之處，諸如裝配質(zhì)量缺乏穩(wěn)定性、裝配效率不高、勞動強度非常大等，所以企業(yè)應該強化對鐵殼電機傳統(tǒng)裝配工藝的改進。在本文的研究中，主要結(jié)合當下企業(yè)的具體需求，對鐵殼電機自動化裝配關(guān)鍵技術(shù)問題展開了深入剖析和研究，設(shè)計了一條鐵殼電機自動裝配線。在研究中，對鐵殼電機自動化裝配線設(shè)計展開了分析，闡述了鐵殼電機自動化裝配線節(jié)拍設(shè)計以及布局設(shè)計。同時，設(shè)計了鐵殼電機自動裝配線關(guān)鍵站，對定子自動化裝配工作站展開了結(jié)構(gòu)設(shè)計，針對壓裝期間出現(xiàn)歪斜現(xiàn)象這一難題，設(shè)計了一種基座壓裝定子的結(jié)構(gòu)方案，很大程度上促進了壓裝過程可靠性的提高。然后在對自動化裝配線設(shè)計節(jié)拍以及企業(yè)需求充分考量的基礎(chǔ)上，科學地對后端蓋自動化裝配工作站進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。此外，在轉(zhuǎn)子自動裝配工作站方面也進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，在確保軸承組件移動量以及轉(zhuǎn)子能夠充分滿足的基礎(chǔ)上，對其移料機械手滾珠絲杠的參數(shù)以及選型進行了合理設(shè)計，最終建立了鐵殼電機自動化裝配線三維模型。本文所采用的設(shè)計方式為上下式基本布局上，能夠在符合鐵殼電機自動化裝配的前提下，有效對系統(tǒng)的總體成本進行降低，具有較高的參考價值。

【關(guān)鍵詞】鐵殼電機;自動化裝配線;設(shè)計

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

20.

緒論

電機屬于第二次工業(yè)革命中的關(guān)鍵產(chǎn)物，在電力工業(yè)以及交通等領(lǐng)域中發(fā)揮著非常大的作用和價值?，F(xiàn)階段，我國電機的品種比較多樣，數(shù)量繁多。尤其是在生產(chǎn)力科技發(fā)展進程深入推進的新時期下，電機新材料以及技術(shù)也得到了全面創(chuàng)新，電子微電機等高性能的電機漸漸出現(xiàn)在了市場中，有效促進了國民經(jīng)濟建設(shè)的有序開展。電機生產(chǎn)主要是由零件加工以及零件裝配共同組合而成。但是目前，我國很多中小電機生產(chǎn)工廠在發(fā)展期間，大多對人工裝配工藝進行利用，成本相對較高，廢品率頗高，產(chǎn)品質(zhì)量相對較低，不能夠滿足現(xiàn)階段復雜工藝以及多種類的電機制造需求。所以，在這種背景下，一定要加強對現(xiàn)代化先進技術(shù)的應用，能夠通過智能化以及數(shù)字化等的支持，強化提高制造領(lǐng)域智能化水平，有效對生產(chǎn)成本進行降低，以便生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量可以高效提升。

一、自動裝配技術(shù)

自動化生產(chǎn)線是在裝配線的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的，不僅要求生產(chǎn)線上的各類加工設(shè)備能自動完成計劃的工序和工序，使產(chǎn)品成為合格產(chǎn)品，而且還要自動完成工件的裝卸、定位、均勻包裝，通過自動支撐等輔助裝置按工藝順序連接各類機械加工裝置，并通過液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)連接各部件的動作，我們稱這種自動工作機構(gòu)為自動生產(chǎn)線。國外自20世紀50年代到今天，自動裝配技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了數(shù)控裝配機、裝配機器人等多個方面的發(fā)展。近年來，柔性裝配系統(tǒng)（FAS）已成為自動化裝配領(lǐng)域的研究熱點，發(fā)展迅速。柔性裝配系統(tǒng)由可編程、可擴展的接口系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)、基地建設(shè)系統(tǒng)、安裝機器人系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和管理系統(tǒng)組成，隨著基地定位等自動化裝配部件的規(guī)范化和標準化，在柔性裝配領(lǐng)域，采用了自動裝配系統(tǒng)，日本Fanako公司作為世界上最大的數(shù)控系統(tǒng)公司，通過使用小型通用機器人（LR mate 100I）和基于圖像傳感器的智能機器人精確定位零件，完成了復雜裝配工作的自動化，保德電氣公司自動化系統(tǒng)在定子上進行墨束標記，實時準確地跟蹤定位定子，并將其引入管道控制服務器網(wǎng)絡，實現(xiàn)物理對象與信息數(shù)據(jù)的連接。國內(nèi)許多智能裝備公司都開發(fā)了發(fā)動機自動裝配線，如杭州厚達自動化系統(tǒng)有限公司、廣東恒信智能裝備有限公司等，解決了轉(zhuǎn)子自動裝配的問題，定子導葉等工藝問題得到解決，國內(nèi)大型發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)，包括濟寧電機廠、北京電機股份有限公司等，也開始探索開發(fā)自動化程度更高的發(fā)動機試驗線。

二、鐵殼電機自動化裝配線設(shè)計要求及結(jié)構(gòu)分析

1.鐵殼電機自動化裝配線設(shè)計要求

現(xiàn)階段，我國裝配技術(shù)存在較強的滯后性，一些中小企業(yè)在發(fā)展過程中，對手工裝配工藝的應用較為廣泛，致使我國制造業(yè)的整體水平得不到提高。而在電機制造期間，裝配占整個制造的絕大部分比例，大約在40%～60%。但是，很多中小企業(yè)采用人工裝配流水線作業(yè)，屬于勞動密集型產(chǎn)業(yè)，自動化程度相對較低，裝配工具無法及時地進行更新，生產(chǎn)效率不高，還存在較高的廢品率，不利于電機制造行業(yè)的良好發(fā)展[1]。所以，應該強化對鐵殼電氣自動化裝配線的設(shè)計，明確鐵殼電機自動化裝備線設(shè)計需求，具體如表1所示。

2.鐵殼電機結(jié)構(gòu)分析

所謂的鐵殼電機，具體組成部分相對較多，諸如定子鐵芯、基座以及軸承等，具體如圖1所示為鐵殼電機關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)分解圖。從圖中可以看出，鐵殼電機總體呈分布式的結(jié)構(gòu)，其中，1代表后端蓋，2代表定子鐵芯，3代表基座，4代表轉(zhuǎn)子，5代表軸承，6代表前端蓋。

三、鐵殼電機自動化裝配線具體設(shè)計

1.鐵殼電機自動化裝配線節(jié)拍設(shè)計

（1）鐵殼電機自動化裝配線節(jié)拍分析

要實現(xiàn)鐵殼電機的自動裝配，首先要明確裝配工藝。裝配工藝的合理性，在很大程度上影響著鐵殼電機自動裝配設(shè)備的運動形式、結(jié)構(gòu)與體積大小、裝配效率、裝配質(zhì)量以及裝配過程的可靠性。針對鐵殼電機自動化裝配線節(jié)拍而言，整條裝配線的工序具體如下：

定子辨向→定子上料→心軸上料→基座上料→定子壓裝→機械手抽線→心軸下料→后端蓋上料→后端蓋壓裝→后端蓋鎖螺絲→翻轉(zhuǎn)機械手翻轉(zhuǎn)180°→轉(zhuǎn)子組件上料→前端蓋上料→前端蓋壓裝→前端蓋鎖螺絲→成品下料

通過對某機電制造企業(yè)鐵殼電機自動化裝配工序的分配流程可以明確，在對自動化裝配線進行分配劃分方面，具體的分配如表2所示。

通過列表1的分析可以看出，工位10所消耗的時間最長，同時也是最大的工位時間.而工位10與工位3平均工位時間的相差相對較大，最終導致生產(chǎn)出現(xiàn)了堆積的情況，對裝配線整體生產(chǎn)效率和質(zhì)量的提高造成了很大阻礙。并且，在具體工作期間，員工工作時間存在很大的差距，致使出現(xiàn)了負面的情緒，導致為了能夠快速完成工作，而忽視了工作的質(zhì)量[2]。

根據(jù)工作時間來對各個工位進行平均分配，能夠很大程度上對各工位不平衡的情況進行解決[3]。所以，在確保不對產(chǎn)品率以及作業(yè)順序等進行影響的前提下，可以重新分配各個工位的工作量，以保證各工位的工作量能夠具有較強的均衡性。在此期間，可以將評價裝配線負荷的評價函數(shù)η引入其中，具體公式如下：

η=產(chǎn)品裝配總作業(yè)時間/裝配線工作中心數(shù)×生產(chǎn)節(jié)拍

通過公式可以明確，裝配線的系數(shù)如果相對較大，那么流水線的整體生產(chǎn)效率也會大幅度提升[4]。一般情況下，最為合適的裝配線復負荷系數(shù)應該盡可能在80%以上。

生產(chǎn)節(jié)拍具體是指裝配線瓶頸工位的工位時間，具體由表1可以看出，生產(chǎn)節(jié)拍C=39.0秒，由上述的公式可以得出：裝配線負荷系數(shù)η

=241.5/39.0×14=44.23%

依照最終的結(jié)果得出，44.23%要比80%小很多，因此工位的分配不合理，在后續(xù)的設(shè)計中還需要進一步優(yōu)化。

（2）鐵殼電機自動化裝配線節(jié)拍優(yōu)化

將表1所獲得的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，對鐵殼電機自動化裝配線節(jié)拍進行優(yōu)化，工位以及工作時間優(yōu)化后具體情況如表2所示。

通過對表2的進一步分析可知，生產(chǎn)節(jié)拍C=20.8秒，負荷系數(shù)為：

η=234.5/20.8×14=80.53%

依照最終的結(jié)果，80.53%大于80%，所以這種優(yōu)化方式具有較強的合理性以及有效性。

2.定子自動化裝配工作站設(shè)計

在對定子自動化裝配工作站進行設(shè)計的過程中，針對功能設(shè)計，需要將定子自動化裝配工作站的實際需求作為依據(jù)，科學地對總功能模型圖進行構(gòu)建。

在模型圖構(gòu)建完畢之后，要將具體情況作為依據(jù)，科學的對模型圖進行劃分，合理劃分成多個子功能，然后科學地融入相應輔助功能。

在具體的定子自動化裝配工作站結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，應該從多個層面加以考量，合理進行設(shè)計。在對物料輸送結(jié)構(gòu)進行設(shè)計期間，為了能夠最大程度地將以往物料輸送方式滯后的問題加以解決，可以對倍速鏈輸送機進行有效的應用，保證能夠讓整體的工作效率和質(zhì)量得到提高。

在進行基座壓定子結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)，應該確保壓入過程中的壓入深度能夠滿足既定要求和標準，將定子鐵芯與基座同軸度，讓基座不能與定子鐵芯出現(xiàn)傾斜的情況，定子鐵芯位置接線不會被壓壞。在設(shè)計過程中，可以將壓裝底座安裝固定在工作臺上，將心軸插入到定子鐵芯內(nèi)孔中。因為心軸的外表面有鐵磁，所以可以在一定程度上將定子鐵芯吸引住。之后，心軸連帶定子一同放到壓裝底座上來進行連接，并用緊定螺釘對心軸進行頂緊，將定子的定位固定工作完成之后。最后將基座對準定子，從上向下放入，在壓力機的影響下，基座壓裝到定子上。針對這一方式，基座在具體的壓裝階段，定子鐵芯與基座同軸度。

3.后端蓋自動化裝配工作站設(shè)計

在具體的設(shè)計工作開展過程中，需要將后端蓋自動化裝配工作站的具體功能需求作為主要的研究依據(jù)，合理地對功能模型進行構(gòu)建。

將構(gòu)建好的總功能模型圖進行合理的細分，然后融入相應的功能，讓其獲得子功能結(jié)構(gòu)圖。

在進行后端蓋上料機構(gòu)設(shè)計的過程中，因為后端蓋的上料所應用的是彈匣式上料模式，借助自動化機械手臂能夠?qū)崿F(xiàn)抓取上料，整體的效果相對良好。所以，依照這一特點，所設(shè)計出來的儲料以及推料機構(gòu)如圖7所示。

在對后端蓋壓裝機構(gòu)進行設(shè)計的過程中，可以借助氣缸活塞桿的伸縮運動，對后端蓋壓頭上下運動，有效的帶動，保證能夠起到較為良好的緩沖效果。結(jié)合這一特征根，得出的設(shè)計為如圖8所示。

4.轉(zhuǎn)子自動化裝配工作站設(shè)計

依照其功能需求，在實際的設(shè)計過程中，需要先對總功能模型進行設(shè)計。

在對總功的模型圖設(shè)計完畢之后，需要對模型進行科學的劃分，讓其能夠形成多個子功能。

在開展設(shè)計工作過程中，轉(zhuǎn)子的上料可以對料盤式上料模式加以利用，相關(guān)人員可以將轉(zhuǎn)子放在斜道式料倉槽內(nèi)，確保其能夠滑動到料倉的底部，然后讓凹型轉(zhuǎn)子滾動到板處停留下來，通過轉(zhuǎn)子上料機械手來進行上料，最終到達轉(zhuǎn)子軸承壓裝支架上。依照轉(zhuǎn)子料盤式上料的具體原理，設(shè)計出來的轉(zhuǎn)子上料結(jié)構(gòu)。

結(jié)論：

在本文的研究中，主要針對傳統(tǒng)電機裝配效率低以及質(zhì)量差等問題展開了深入探析，設(shè)計了一套鐵殼電機的自動化裝配設(shè)備，力求可以促進企業(yè)核心競爭力的提高，讓企業(yè)能夠在市場中占有一定份額。在實際設(shè)計過程中，主要從自動裝配需求層面考量，將以往的裝配工藝作為依據(jù)，合理地制定了鐵殼電機自動化裝配工藝路線，并對裝配工序進行了科學的工位劃分，有針對性地對裝配線進行設(shè)計，最后從裝配線成本等角度出發(fā)，依照上下式流水線布局的模式，明確了鐵殼電氣自動化裝配線的總體布局。同時，借助故障模式影響以及危害度分析方式，對鐵殼電機裝配線進行了可靠性分析，并設(shè)計了轉(zhuǎn)子自動裝配工作站以及電子自動裝配工作站，很大程度上促進了裝配精度的提高。

參考文獻：

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