王漢文 李 毅 白 偉 馬 星 馬 雄 葛 彬

（格力大松（宿遷）生活電器有限公司 宿遷 223800）

引言

隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，各類家用電器智能化也在不斷的提高，隨之而來(lái)的各種運(yùn)動(dòng)部件也是越來(lái)越多，而運(yùn)動(dòng)部件之間往往要安裝軸承降低磨損和控制噪音。但家電企業(yè)在批量生產(chǎn)智能家電的過(guò)程中，需要大量人工去組裝各類軸承，用于部件化生產(chǎn)。在生產(chǎn)軸承時(shí)，組裝鋼珠工作相對(duì)枯燥、時(shí)間長(zhǎng)，人力投入多，勞動(dòng)強(qiáng)度大、操作繁瑣等因素，嚴(yán)重影響軸承的穩(wěn)定性。因此如何實(shí)現(xiàn)平面軸承鋼珠的快速、穩(wěn)定組裝，成為了各家電企業(yè)的重點(diǎn)研究課題。本文正是在上述背景下和需求下，研究并設(shè)計(jì)出一種單工位平面軸承自動(dòng)裝鋼珠的裝置，實(shí)現(xiàn)平面軸承裝鋼珠低人力投入，高效產(chǎn)出及產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

1 平面軸承自動(dòng)裝鋼珠裝置設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析

1.1 平面軸承結(jié)構(gòu)分析

平面軸承，由1個(gè)注塑件（軸承支架）及6 顆鋼珠組成，厚度6 mm。在組裝時(shí)需要先將注塑件（軸承支架）固定，再將6 顆鋼珠壓入軸承支架的6個(gè)鋼珠槽內(nèi)。

平面軸承實(shí)物如圖1所示。

圖1 平面軸承

1.2 自動(dòng)組裝鋼珠裝置設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析

1）供料難點(diǎn)，原有平面軸承來(lái)料為小包來(lái)料，每個(gè)平面軸承在包裝袋內(nèi)都是隨機(jī)散亂的方式。因?yàn)槠矫孑S承厚度較?。? mm厚），重量較輕（5 g重），且直徑較大（94 mm），而鋼珠物料為304不銹鋼材質(zhì)，通體光滑，直徑較?。? mm），滾動(dòng)系數(shù)較大。

2）組裝難點(diǎn)，傳統(tǒng)組裝方式為人工拿取單個(gè)平面軸承（見(jiàn)圖1中左圖所示），再用雙手配合，通過(guò)3次按壓（每次雙手可按壓2 顆），將鋼珠逐步按壓到軸承支架內(nèi)，因?yàn)檩S承支架上的鋼珠槽兩側(cè)防脫落凸臺(tái)，間距遠(yuǎn)小于鋼珠直徑，因此人工按壓時(shí)需要按壓力非常的大，組裝過(guò)程動(dòng)作非常繁瑣和枯燥，組裝效率較差。

3）控制程序設(shè)計(jì)難點(diǎn)，組裝機(jī)構(gòu)、供料機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)機(jī)構(gòu)這三個(gè)機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)之初，就沒(méi)有傳感器檢測(cè)，整個(gè)控制邏輯全部采用延時(shí)控制，因?yàn)楦鳈C(jī)構(gòu)在工作時(shí)動(dòng)作時(shí)序需要計(jì)算的特別準(zhǔn)確，這樣就將程序設(shè)計(jì)難度增加了一倍。

2 自動(dòng)組裝鋼珠裝置方案設(shè)計(jì)

2.1 自動(dòng)組裝鋼珠裝置硬件組成

自動(dòng)組裝平面軸承裝置硬件主要分為搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、供料機(jī)構(gòu)、組裝機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)四個(gè)部分組成。該套裝置所有的邏輯控制來(lái)源于系統(tǒng)控制PLC裝置。

裝置硬件配置清單如表1，整體構(gòu)造如圖2所示。

表1 硬件配置清單

圖2 整體構(gòu)造

2.2 主要硬件設(shè)計(jì)

2.2.1 搬運(yùn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)平面軸承組裝的動(dòng)作特殊性，專門(mén)設(shè)計(jì)一套軸承支架自動(dòng)輸送的機(jī)構(gòu)，通過(guò)搬運(yùn)機(jī)構(gòu)的相關(guān)部件動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)軸承支架的自動(dòng)搬運(yùn)，成品軸承的自動(dòng)排出，同時(shí)具備避讓組裝機(jī)構(gòu)的功能。

搬運(yùn)機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖3所示。

2.2.2 供料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)平面軸承鋼珠來(lái)料的特殊性（袋裝1000 枚/袋），專門(mén)開(kāi)發(fā)專用的平面軸承供料機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)鋼珠的集中供料，并單獨(dú)每次6 個(gè)分離。

供料機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖4所示。

圖4 供料機(jī)構(gòu)

2.2.3 組裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)平面軸承鋼珠組裝的特殊性，開(kāi)發(fā)專用的平面軸承鋼珠組裝機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)協(xié)助供料機(jī)構(gòu)一次性定位6 顆鋼珠，并一次性壓入6 顆鋼珠。

組裝機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖5所示。

圖5 組裝機(jī)構(gòu)

2.2.4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)平面軸承自動(dòng)裝鋼珠裝置的動(dòng)作流程，專門(mén)設(shè)計(jì)一套自動(dòng)裝鋼珠的硬件電路，可以實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、供料機(jī)構(gòu)、組裝機(jī)構(gòu)穩(wěn)定高效運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)該裝置自動(dòng)組裝平面軸承鋼珠。

自動(dòng)裝鋼珠控制電路見(jiàn)圖6所示。

圖6 自動(dòng)裝鋼珠控制電路

3 軟件設(shè)計(jì)

PLC邏輯控制電路集成在控制箱內(nèi)部，控制箱外側(cè)安裝有撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，作為設(shè)備啟動(dòng)信號(hào)使用，撥動(dòng)開(kāi)關(guān)見(jiàn)圖7所示[2]。

圖7 按鈕面板

程序設(shè)計(jì)邏輯為，當(dāng)員工將平面軸承支架投放到搬運(yùn)機(jī)構(gòu)定位銷上，撥動(dòng)設(shè)備上的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，此時(shí)表示上料完成。

搬運(yùn)機(jī)構(gòu)接收到啟動(dòng)信號(hào)，送料氣缸前推，將物料送到壓接位置，同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。在搬運(yùn)機(jī)構(gòu)送料氣缸前推時(shí)，如果壓接處有已組裝好物料，就會(huì)被搬運(yùn)機(jī)構(gòu)定位銷推出設(shè)備。

當(dāng)計(jì)時(shí)達(dá)到設(shè)定時(shí)間時(shí)，觸發(fā)組裝機(jī)構(gòu)中的壓入氣缸伸出，帶動(dòng)整個(gè)組裝機(jī)構(gòu)下降，組裝機(jī)構(gòu)下降的同時(shí)，新的計(jì)時(shí)開(kāi)始。此時(shí)組裝機(jī)構(gòu)將搬運(yùn)機(jī)構(gòu)上部的定位銷釘壓到搬運(yùn)機(jī)構(gòu)上部滑座內(nèi)，確保物料被壓住，無(wú)移位。

當(dāng)組裝機(jī)構(gòu)下壓計(jì)時(shí)到達(dá)設(shè)定時(shí)間時(shí)，搬運(yùn)機(jī)構(gòu)中的機(jī)避讓氣缸縮回，將定位銷子拉到下部，避讓供料機(jī)構(gòu)中的供料凸輪，同時(shí)新的計(jì)時(shí)開(kāi)始。

當(dāng)搬運(yùn)機(jī)構(gòu)避讓計(jì)時(shí)達(dá)到時(shí)，搬運(yùn)機(jī)構(gòu)送料氣缸縮回，帶動(dòng)整個(gè)搬運(yùn)機(jī)構(gòu)后撤，同時(shí)新的計(jì)時(shí)開(kāi)始。

當(dāng)搬運(yùn)機(jī)構(gòu)后撤計(jì)時(shí)達(dá)到設(shè)定時(shí)間時(shí)，同時(shí)觸發(fā)避讓氣缸伸出及供料機(jī)構(gòu)中的供料氣缸伸出，當(dāng)供料機(jī)構(gòu)中的供料氣缸伸出，同時(shí)新的計(jì)時(shí)開(kāi)始。供料機(jī)構(gòu)中的供料氣缸伸出，帶動(dòng)供料凸輪伸出，供料舌頭在復(fù)位彈簧的作用下后退，鋼珠受重力作用，會(huì)沿著組裝機(jī)構(gòu)內(nèi)部預(yù)留的通道，落到平面軸承支架上的鋼珠槽上。

當(dāng)供料氣缸伸出計(jì)時(shí)達(dá)到設(shè)定時(shí)間時(shí)，供料機(jī)構(gòu)中的供料氣缸縮回，同時(shí)新的計(jì)時(shí)開(kāi)始。供料機(jī)構(gòu)中的供料氣缸縮回，帶動(dòng)供料凸輪縮回，擠壓供料舌頭前進(jìn)，迫使相互接觸的鋼珠分離，同時(shí)新的計(jì)時(shí)開(kāi)始。

當(dāng)供料氣缸縮回計(jì)時(shí)達(dá)到設(shè)定時(shí)間時(shí)，組裝機(jī)構(gòu)中的壓入氣缸縮回，帶動(dòng)整個(gè)組裝機(jī)構(gòu)上升，組裝機(jī)構(gòu)上升，同時(shí)新的計(jì)時(shí)開(kāi)始。此時(shí)組裝機(jī)構(gòu)將供料機(jī)構(gòu)及料斗內(nèi)的物料整個(gè)抬升一定高度積蓄勢(shì)能。

當(dāng)組裝氣缸縮回計(jì)時(shí)達(dá)到設(shè)定時(shí)間時(shí)，程序會(huì)控制組裝氣缸伸出，此時(shí)整個(gè)組裝機(jī)構(gòu)中的壓入平板，會(huì)在氣缸和重力的作用下快速下降，快速砸到6 顆鋼珠上，迫使鋼珠進(jìn)入軸承支架上的鋼珠槽內(nèi)，同時(shí)新的計(jì)時(shí)開(kāi)始了。

當(dāng)組裝氣缸伸出計(jì)時(shí)達(dá)到設(shè)定時(shí)間時(shí)，程序控制組裝機(jī)構(gòu)中的壓入氣缸縮回，帶動(dòng)整個(gè)組裝機(jī)構(gòu)上升，組裝機(jī)構(gòu)上升，此時(shí)整個(gè)循環(huán)結(jié)束。

PLC邏輯運(yùn)算指令如圖8、圖9所示[3]。

圖8 PLC邏輯運(yùn)算指令

圖9 PLC邏輯運(yùn)算指令

4 設(shè)計(jì)驗(yàn)證及使用維護(hù)

4.1 設(shè)計(jì)驗(yàn)證

根據(jù)上文設(shè)計(jì)原理，軸承自動(dòng)裝鋼珠裝置進(jìn)行制作、驗(yàn)證。該工裝共開(kāi)發(fā)2套，組裝效率由人工單個(gè)組裝的6 S/PCS降至4 S/PCS，效率大大提升，同時(shí)員工操作難度大大減少，勞動(dòng)強(qiáng)度明顯減輕。裝置運(yùn)行可靠，各硬件匹配良好，產(chǎn)品產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 日常使用維護(hù)

軸承自動(dòng)裝鋼珠裝置使用前必須接入壓縮空氣，氣壓調(diào)整在0.5 kPa左右。接入AC 220 V電源，手動(dòng)投放軸承料斗內(nèi)中，在投入軸承支架，測(cè)試單個(gè)運(yùn)行點(diǎn)檢，監(jiān)測(cè)無(wú)異常即可用于生產(chǎn)工作。使用完畢后，需將治具妥善保存不能磕碰避免損壞。

5 總結(jié)

軸承自動(dòng)裝鋼珠裝置實(shí)現(xiàn)了軸承支架自動(dòng)上料，自動(dòng)組裝，自動(dòng)排料功能，解放員工由原先的手動(dòng)組裝軸承的工作，變成只需要人工投料設(shè)備自動(dòng)組裝的工作，設(shè)備操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠具有良好的推廣性。通過(guò)以上軟硬件的設(shè)計(jì)，不僅大大降低了軸承組裝的人力投入成本及勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)對(duì)家電行業(yè)軸承自動(dòng)組裝自動(dòng)化推進(jìn)具有較高的指導(dǎo)意義。