楊湘達， 王連吉，李興林，溫春盛，王續(xù)躍

(1.大連理工大學 機械工程學院，遼寧 大連 116023；2.杭州軸承試驗研究中心有限公司，杭州 310022；3.瓦房店軸承集團有限責任公司，遼寧 瓦房店 116300)

軸承工業(yè)發(fā)達國家將自動裝配線作為保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、改善操作條件的突破口而大力開發(fā)和應(yīng)用[1-2]。國外少數(shù)發(fā)達國家已經(jīng)實現(xiàn)了從軸承零件生產(chǎn)加工到軸承裝配以及最后的成品軸承的檢測包裝的自動化[3]。我國在軸承自動裝配方面起步較晚，裝球多采用手工裝配，不僅勞動強度大、生產(chǎn)效率低，而且嚴重影響了軸承自動裝配生產(chǎn)線的推廣和應(yīng)用[4-5]。

深溝球軸承結(jié)構(gòu)簡單，主要用于承受徑向載荷，也可承受一定的軸向載荷[6]。有裝球缺口的深溝球軸承比標準型深溝球軸承徑向承載能力大，因此需求量增加很快[7]。隨著此類軸承的批量化，軸承裝配過程中的手工裝球就顯現(xiàn)出了生產(chǎn)效率低的弱點。因此，研制了一種適用于有裝球缺口的深溝球軸承自動裝球機，下文以6309軸承(內(nèi)、外圈均帶有裝球缺口，鋼球直徑為17.463 mm)為例，介紹裝球機的機械結(jié)構(gòu)和電氣控制系統(tǒng)。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 整體結(jié)構(gòu)

自動裝球機主要有上料裝置、內(nèi)外圈定位裝置、自動檢測裝置、自動裝配裝置等組成，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1—上料裝置；2—外圈定位裝置；3—內(nèi)圈定位裝置；4—撥球裝置；5—裝球裝置；6—檢測裝置；7—送球裝置；8—出料裝置；9—排料裝置

1.2 工作過程

自動裝球機工作原理如圖2所示，其工作過程如下。

圖2 軸承自動裝球機工作原理圖

(1)內(nèi)、外圈上料。手工填裝鋼球后，由傳送帶將已預(yù)裝球的軸承送至上料裝置，上料氣缸帶動推動塊將其送至內(nèi)、外圈定位裝置處。軸承預(yù)裝球時球不能在同一側(cè)，至少要有一個球與其他球?qū)ΨQ，使內(nèi)圈與外圈保持同心。

(2)自動定位和檢測。外圈通過外圈定位裝置中的定位氣缸和夾緊氣缸實現(xiàn)定位；內(nèi)圈通過內(nèi)圈定位裝置中的定位氣缸實現(xiàn)定位；由自動檢測裝置中的光纖傳感器檢測內(nèi)、外圈裝球口，使內(nèi)圈裝球口與外圈裝球口對正，便于軸承裝球。

(3)自動裝配包括自動撥球、送球和裝球。內(nèi)、外圈定位后，由自動撥球裝置的撥球氣缸帶動撥球板進行自動撥球，以便留出空位進行下一步裝球操作；撥出空位后，由自動送球裝置的送球氣缸帶動送球機構(gòu)送球，使鋼球滾至已對正好的裝球口處；自動裝球裝置的沖壓桿在主壓頭氣缸的帶動下進行自動裝球，6309深溝球軸承共需要裝入11個鋼球，手工裝入7個，剩余4個由自動裝球設(shè)備重復(fù)撥球、裝球4次，完成一套軸承的裝球。

(4)自動出料。軸承裝好球后，由自動出料裝置將軸承推至出料板，依靠自身重力經(jīng)出料板的下底板出料。

(5)自動排料。軸承經(jīng)下料板進入自動排料裝置的排料座，由排料氣缸帶動推板將軸承逐一推至排料座上的重塊處。

(6)串桿下料。當排料道排滿18套軸承時，手工串桿將軸承取出。

1.3 自動定位裝置

內(nèi)、外圈自動定位裝置如圖3所示。其工作原理為：待裝球軸承被送入工作臺后，外圈基準定位裝置伸出，外圈定位連桿通過與其連接的氣缸活塞桿的伸出而定位軸承外圈，下部的齒輪轉(zhuǎn)動即可帶動軸承外圈一起旋轉(zhuǎn)；內(nèi)圈定位轉(zhuǎn)頭向下運動，通過內(nèi)圈定位轉(zhuǎn)頭的軸肩來定位內(nèi)圈，定位轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)可帶動內(nèi)圈轉(zhuǎn)動；置于內(nèi)、外圈定位裝置上的光纖傳感器分別向內(nèi)、外圈發(fā)射光信號，同時采集返回信號，當檢測到內(nèi)、外圈裝球口均處于指定位置時，內(nèi)、外圈定位裝置停止轉(zhuǎn)動，等待進行下一步工序。

1—連桿；2—待裝球軸承；3—定位轉(zhuǎn)頭；4—外圈基準定位裝置

1.4 自動撥球、裝球裝置

自動撥球、裝球裝置如圖4所示。其工作原理為：PLC控制自動撥球裝置，撥球氣缸下行，與之連接的撥球滑塊向下運動，帶動撥球板向下進行一次撥球，留出空位，等待下一次裝球；PLC控制自動裝球裝置，主壓頭氣缸下行，與之連接的沖壓塊向下移動，帶動沖壓桿向下進行一次裝球；重復(fù)撥球、裝球4次，完成一套軸承的裝球。若出現(xiàn)裝球故障或料筒內(nèi)無鋼球時，系統(tǒng)自動故障停機，杜絕漏裝或不合格品流入下一工序。

1—主壓頭氣缸；2—撥球氣缸；3—沖壓塊；4—撥球滑塊；5—沖壓桿；6—撥球板

2 電氣控制系統(tǒng)

系統(tǒng)基于PLC控制，完成軸承自動上料、定位、檢測、裝球、下料的操作，實現(xiàn)了軸承裝配的自動化，提高了檢測精度和生產(chǎn)效率[8-9]。

控制系統(tǒng)硬件由CP1H-M40DR-A可編程控制器、KEYENCE光纖傳感器、伺服電動機、多規(guī)格和型號的氣缸、接近開關(guān)、磁性開關(guān)、傳送帶電動機和電磁閥等組成。

控制系統(tǒng)根據(jù)該設(shè)備所需的數(shù)字量輸入(DI) 點和數(shù)字量輸出(DO) 點，在滿足控制邏輯點數(shù)的前提下，根據(jù)PLC的性能和特點，選擇OMRON可編程控制器作為系統(tǒng)控制單元[10]。PLC控制系統(tǒng)邏輯框圖如圖5所示。PLC接線圖如圖6所示。

圖5 控制系統(tǒng)邏輯框圖

圖6 PLC接線圖

圖7為氣動原理圖，整機氣路圖中電磁閥4V21001～4V21011在節(jié)點Ⅰ處采用并聯(lián)方式連接，每個電磁閥對應(yīng)一個氣缸。

圖7 氣動原理圖

3 結(jié)束語

研制的有裝球缺口深溝球軸承自動裝球機已投入實際生產(chǎn)使用，運行良好。裝球成功率可達98%，裝球平均速度為11s /個，降低了人工勞動強度，提高了生產(chǎn)效率和自動化程度。PLC和伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)保證了裝配精度，同時也滿足了工作平穩(wěn)和安全可靠的要求。設(shè)備調(diào)整方便，通用性較強，通過調(diào)換轉(zhuǎn)盤和定位轉(zhuǎn)頭可實現(xiàn)其他型號深溝球軸承的自動裝配。