侯柏林

(惠州商貿(mào)旅游高級職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東惠州 516003)

1 引言

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的眾多領(lǐng)域中，自動控制技術(shù)起著越來越重要的作用。所謂自動控制，是指在沒有人直接參與的情況，利用外加的設(shè)備或裝置，使機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程(統(tǒng)稱被控對象)的某個工作狀態(tài)或參數(shù)(即被控量)自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行［1］。

插座是應(yīng)用非常廣泛的一款常見的日用電工產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)含量低，需求量每年都在成倍增長，因此，中小型加工企業(yè)基本上能加工，一些家庭式作坊也能加工，相互競爭非常激烈;企業(yè)要生存降低成本就必須要提高生產(chǎn)效率，而提高生產(chǎn)效率必須采用加工裝配一體化自動化設(shè)備代替手工加工與裝配。

本次設(shè)計的產(chǎn)品是開關(guān)的銅柱，傳統(tǒng)的方法是首先手工裝夾，然后鉆孔、攻牙、上螺絲，裝配速度慢，生產(chǎn)效率低，手工裝夾每個產(chǎn)品需要8s;為提高生產(chǎn)效率，現(xiàn)設(shè)計一款集自動加工與裝配一體機代替手工加工與裝配，經(jīng)過近6個月的設(shè)計與樣機的制作，1臺自動加工裝配一體機成功投入試產(chǎn)，試產(chǎn)后效率顯著提高，達(dá)到預(yù)期的效果。

2 產(chǎn)品分析

產(chǎn)品圖如圖1所示，該產(chǎn)品需要鉆孔、攻牙、上螺絲三道工序才能完成。

圖1 產(chǎn)品圖

該零件尺寸較小，裝夾不方便，之前該公司加工孔、攻牙、上螺絲三道工序是相互獨立的，加工效率較低，此時該公司接到一批新的大訂單，訂單是幾十萬件，交貨期非常短，加之用工短缺;廠里負(fù)責(zé)人通過朋友關(guān)系找到本人，想要改造生產(chǎn)工藝，設(shè)計一款能自動加工、裝配機。通過現(xiàn)場考察、產(chǎn)品的分析，本人接下此任務(wù)。

本次產(chǎn)品的任務(wù)是:首先是加工工序—鉆孔、攻牙，然后是裝配工件—上螺絲。裝配的產(chǎn)品有兩個零件組成:銅柱，螺絲。

本產(chǎn)品的加工、裝配順序是:①第一步是將銅柱放入到一個專用的治具(或稱夾具/模具)中;②第二步當(dāng)裝盤轉(zhuǎn)到一定的角度后進行鉆孔、攻牙工序;③第三步就是將螺絲放入振盤中，自動進行上螺絲工序;④第四步用打料桿把工件打下來，完成任務(wù)。

3 手工裝夾和加工及裝配問題缺陷

此加工裝配產(chǎn)品看似簡單，在實際的手工裝配操作過程中存在這幾個問題需要進一步改善。

(1)由于產(chǎn)品尺寸較小，在人工裝配時速度較慢，裝配難度也較大;且?guī)讉€工序分散加工，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品加工成本相對較高。

(2)工人在裝配小尺寸的零件時，出錯的概率較高，對產(chǎn)品質(zhì)量的控制難于保證。

基于以上原因，經(jīng)過長時間的研究和改進，設(shè)計出這款加工裝配一體化實現(xiàn)其自動化加工與裝配。

4 加工裝配一體化機器的設(shè)計

因為本產(chǎn)品較簡單，工序不是很多，結(jié)合加工裝配一體化機的特點，本款加工、裝配一體機加工、裝配產(chǎn)品時分四步完成，即送料、加工、裝配、收料。

4.1 送 料

(1)螺絲自動送料裝置 因為產(chǎn)品尺寸較小，設(shè)計時螺絲零件使用一個振盤送料，如圖2所示。選用的這種振轉(zhuǎn)盤是自動機中常用的一種送料機器，在很多的機配件店有現(xiàn)成款式的送料器供本人們選擇，也有許多專業(yè)的廠家專門生產(chǎn)這種送料器，對此無需另外專門設(shè)計與制造，但對于從料盤到組裝機械手之間的那段運輸通道——通料管，需要專門設(shè)計，如螺絲料盤要用專門通道送到自動上螺絲機器中。

圖2 振盤

(2)銅柱轉(zhuǎn)盤夾具裝置 根據(jù)銅柱的形狀和大小設(shè)計一個轉(zhuǎn)盤夾具裝置，如圖3所示，此夾具設(shè)計簡單、實用，加工方便，便于更換;此外此夾具可以自動放置產(chǎn)品(需加一個振盤)，也可手動放置產(chǎn)品，操作簡單。轉(zhuǎn)盤的工作原理:通過弧面凸輪機器的間隙運動從而帶動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)輪通過其軸帶動轉(zhuǎn)盤夾具進行轉(zhuǎn)動工作，如圖4所示。

圖3 轉(zhuǎn)盤夾具

圖4 弧面凸輪機構(gòu)

4.2 加工產(chǎn)品

在加工與裝配產(chǎn)品時，有以下四個機器將會完成各種動作，因此在組裝本一體化機前，先分析和充分了解這些機器的結(jié)構(gòu)以及性能，方能順利完成此一體化機的安裝、調(diào)試工作。

(1)自動鉆孔機器 圖5由凸輪機器帶動連接塊左右運動，從而帶動鉆頭左右運動，實現(xiàn)鉆孔以及后退的動作。執(zhí)行的任務(wù)是在銅柱上鉆一個孔。

圖5 自動鉆孔機圖

(2)自動攻牙機器 該機器的主要特點是:根據(jù)需要實現(xiàn)攻牙以及反轉(zhuǎn)退回動作。本機器由凸輪機器帶動連接塊左右運動，如圖6所示，從而帶動絲錐左右運動，實現(xiàn)絲錐攻牙以及后退的動作。執(zhí)行的任務(wù)是在銅柱孔上進行攻牙。

圖6 自動攻牙機圖

(3)自動上螺絲機器 M3螺絲全自動裝入機器的設(shè)計;該機器通過振盤把螺絲自動裝入到自動夾緊裝置，然后通過氣動裝置-氣缸活塞向前移動，此時推動氣動披風(fēng)向前動作，從而完成自動上螺絲的任務(wù)。反之，完成退回動作。如圖7所示。

圖7 自動上螺絲機圖

(4)打料機器 此機器通過凸輪機構(gòu)帶動連接桿上下往復(fù)運動，從而通過杠桿原理帶動打料桿做上下往復(fù)運動，實現(xiàn)將工件打下來。如圖8所示。

4.3 產(chǎn)品檢測機器設(shè)計

該機器使用了檢測板和一個接近式感應(yīng)器，如圖9所示。

圖9 感應(yīng)機構(gòu)

工作原理:檢查產(chǎn)品是否已上好螺絲，當(dāng)上好螺絲的產(chǎn)品在轉(zhuǎn)盤的帶動下進行轉(zhuǎn)動，當(dāng)產(chǎn)品轉(zhuǎn)動到一定位置時(檢測位置)，螺絲帽會帶動檢測板也會轉(zhuǎn)動，接近式感應(yīng)器就能檢測此產(chǎn)品已經(jīng)上好螺絲。反之，檢測板沒有轉(zhuǎn)動，接近式感應(yīng)器就不起作用。

4.4 加工裝配一體化機總裝設(shè)計

根據(jù)客戶要求以及產(chǎn)品的穩(wěn)定性、美觀性、實用性等要求，對此一體機進行了總體設(shè)計，同時也多次修改方案看，最后形成以下總體結(jié)構(gòu)方案。該機器的最后總裝結(jié)構(gòu)圖如圖10、11所示。

圖10 總裝配圖一

4.5 自動加工與裝配一體機生產(chǎn)裝配

設(shè)備中的震盤、氣缸、PLC、氣管、軸承這等零件全部外發(fā)或外購。其它均由專門機加工部門制造完成，所有零件備齊后，在車間進行了總裝、調(diào)試。

圖11 總裝配圖二

5 結(jié)語

加工裝配一體化機研制裝配后，投入工廠試產(chǎn)的結(jié)果，有效解決了手工裝配難于解決的問題。提高了生產(chǎn)效率，降低了制造成本，改善了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了廢品率，同時也降低了工人的勞動強度，提高了安全性。此外，當(dāng)量產(chǎn)特別大的時候，可延伸到全自動設(shè)備，如之前一體機的基礎(chǔ)上增加一個振盤、真空發(fā)生器、氣動機械手等零件就可實現(xiàn)全自動加工、裝配。

該機的適用性比較廣泛，不僅可以加工圓柱銷子，而且只需修改治具、夾具等就可以加工其他形狀和大小的產(chǎn)品。且根據(jù)顧客的要求，可以改成只生產(chǎn)某個工序的自動機，比如鉆孔機，攻牙機，鉆孔攻牙機等等，該一體機成功投入試產(chǎn)，試產(chǎn)后生產(chǎn)效率顯著提高，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計效果。

［1］ 胡壽松.自動控制原理［M］.北京:科學(xué)出版社，2001.

［2］ 李曙生.氣動盤式自動鉆孔機的設(shè)計［J］.機床與液壓，2006(4):146-148.

［3］ 劉文鋒.劉敬強.一種基于PLC的雙鉆頭自動鉆孔機應(yīng)用開發(fā)［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2011(18):50-51.