洪 浩

(福建工程學(xué)院機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院，福州 360118)

國(guó)內(nèi)有不少企業(yè)致力于柄軸與柄帽自動(dòng)裝配設(shè)備的研制，如福州小神龍表業(yè)有限公司通過(guò)2個(gè)轉(zhuǎn)臂機(jī)械手，分別將柄軸與柄帽抓取到裝配位置，壓裝后放入收集箱中。該設(shè)備在連續(xù)正常工作的情況下，每小時(shí)可裝配2 500對(duì)。這種設(shè)備在某種程度上能夠使人從繁瑣的裝配工作中解脫出來(lái)，而且一人可看守多臺(tái)設(shè)備，但是這種裝配方式需2個(gè)機(jī)械手配合動(dòng)作，若其中一個(gè)機(jī)械手故障后裝配動(dòng)作立即停止，設(shè)備故障率太高，裝配效率不高，同時(shí)容易折斷柄軸，最后在產(chǎn)業(yè)化階段以失敗告終。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文開(kāi)展鐘表柄軸與柄帽自動(dòng)裝配設(shè)備的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝配，不碰傷人手，裝配尺寸穩(wěn)定，節(jié)約人力成本。

1 總體設(shè)計(jì)思路

1.1 裝配對(duì)象簡(jiǎn)介

以鐘表柄軸與柄帽的裝配設(shè)備為研究對(duì)象，柄軸壓配部分軸徑為0.9 mm，壓入深度2.5 mm，與柄帽配合為過(guò)盈配合。柄帽有2種規(guī)格，大的為臺(tái)階軸，外徑分別為4.85、3 mm，小的外徑都是3 mm。大的柄帽需定向，小的沒(méi)有方向區(qū)別，柄軸與柄帽的裝配尺寸如圖1所示。

1.2 裝配設(shè)備的設(shè)計(jì)原理

為了有效避免快速壓配過(guò)程引起的柄軸折斷，采用柄軸與柄帽在同一個(gè)模具中裝配，柄軸用定位工裝限位和保護(hù)，并采用柄軸固定、柄帽相對(duì)柄軸移動(dòng)的裝配方式，調(diào)整柄帽軌道夾角就可以調(diào)整裝配時(shí)間和壓入速度，可以有效地避免柄軸被壓彎或折斷。2個(gè)零件用直線上料機(jī)構(gòu)分別送料，進(jìn)入定位模具后在裝配過(guò)程中2個(gè)零件一起同向運(yùn)動(dòng)，逐步縮小2個(gè)零件之間的距離，直到達(dá)到裝配要求。柄軸與柄帽裝配過(guò)程示意圖見(jiàn)圖2。

圖1 柄軸與柄帽的裝配尺寸圖

圖2 柄軸與柄帽裝配過(guò)程示意圖

裝配過(guò)程為連續(xù)裝配，工效較高，在柄軸許可的情況下易于提高裝配速度。柄軸模具為一套工裝，只改變柄帽定位的工件即可。此方案主要解決的技術(shù)難點(diǎn):工件裝配前后無(wú)效零件的判斷和處理，保證被裝配零件的方向性;送料機(jī)與裝配工裝之間的動(dòng)作協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)精密零件的自動(dòng)送料;裝配過(guò)程的力源設(shè)計(jì)。

2 零部件的設(shè)計(jì)

2.1 裝配導(dǎo)向裝置

該裝置采用4個(gè)V型塊和4個(gè)彈簧組成，V型塊用來(lái)定位柄帽和柄軸，從而夾緊零件。彈簧主要起到保護(hù)減震作用，避免零件在輸送過(guò)程中損壞，如圖3所示。該機(jī)構(gòu)分布在整個(gè)輸送帶上，一個(gè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)定位一個(gè)零件，輸送帶上均勻分布了多個(gè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，從而提高輸送效率。

圖3 柄軸與柄帽裝配導(dǎo)向裝置

2.2 裝配力源裝置

柄軸與柄帽的裝配屬于過(guò)盈配合，文獻(xiàn)［2］研究了過(guò)盈配合產(chǎn)品的震動(dòng)自動(dòng)裝配技術(shù)，但是不適用于鐘表精密零部件的自動(dòng)裝配。為了避免一次性壓配引起的柄軸折斷問(wèn)題，本裝置采用電磁激振的震動(dòng)裝置，通過(guò)微小的震動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)精密零件的逐步轉(zhuǎn)配，能夠有效地解決震動(dòng)過(guò)大或者其他轉(zhuǎn)配方法引起的大量的柄軸折斷問(wèn)題，從而保證精密零件的裝配精度。

2.3 自動(dòng)上料裝置

自動(dòng)上料裝置是自動(dòng)裝配中一種相對(duì)獨(dú)立的環(huán)節(jié)，但是它決定了整個(gè)系統(tǒng)的效率。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，該機(jī)構(gòu)通過(guò)振動(dòng)盤(pán)將零件震動(dòng)上料，設(shè)計(jì)一種自動(dòng)定向排序的送料設(shè)備。其工作原理是根據(jù)精密零件的特點(diǎn)通過(guò)振動(dòng)將雜亂無(wú)序的工件自動(dòng)有序定向排列整齊、準(zhǔn)確地輸送到裝配工序。自動(dòng)送料振動(dòng)盤(pán)的料斗下面有個(gè)脈沖電磁鐵，可以使料斗垂直方向振動(dòng)，由于彈簧片的傾斜，使料斗繞其垂直軸做扭擺振動(dòng)。料斗內(nèi)零件，由于受到這種振動(dòng)，沿螺旋軌道上升，直到送到出料口，柄軸和柄帽的自動(dòng)上料裝置如圖4所示。

圖4 柄軸和柄帽的自動(dòng)上料裝置

3 產(chǎn)品的三維模型

基于以上的設(shè)計(jì)，采用Pro/E構(gòu)建了自動(dòng)裝配設(shè)備的三維模型，并通過(guò)運(yùn)動(dòng)仿真，初步驗(yàn)證了設(shè)備試制的可能性。三維模型如圖5、圖6所示。

圖5 自動(dòng)裝配設(shè)備前側(cè)模型

圖6 自動(dòng)裝配設(shè)備后側(cè)模型

4 裝配設(shè)備的工效計(jì)算及試制的實(shí)驗(yàn)與效果

裝配設(shè)備的工效計(jì)算:

裝配線中兩套相臨工裝間距:s=10 mm;

滑動(dòng)V型塊移動(dòng)距離:s1=4 mm;

主電機(jī)轉(zhuǎn)速:n=10 r/min;

主傳動(dòng)同步帶輪計(jì)算外徑:D=60.83 mm;

裝配區(qū)長(zhǎng)度:L=180 mm。

裝配線速度:

工件移動(dòng)兩工位的時(shí)間:

工件通過(guò)裝配區(qū)的時(shí)間:

每小時(shí)裝配的數(shù)量:

通過(guò)產(chǎn)品的試制，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)裝配，并且廢品率非常低，基本不會(huì)出現(xiàn)柄軸折斷問(wèn)題，上料裝置的供料速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于裝配裝置，通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)試，整條裝配線可實(shí)現(xiàn)每小時(shí)12 000對(duì)以上的裝配速度，生產(chǎn)率超過(guò)現(xiàn)有裝配方法的4倍，能夠有效解決鐘表行業(yè)自動(dòng)裝配的瓶頸問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

研發(fā)了一種鐘表柄軸與柄帽自動(dòng)裝配設(shè)備，該設(shè)備能夠根據(jù)零件特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)精密零件的自動(dòng)上料，提高裝配效率的同時(shí)保證裝配的精度。通過(guò)產(chǎn)品的試制，能夠有效地解決鐘表行業(yè)裝配技術(shù)的難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)柄軸與柄帽的自動(dòng)裝配，替代進(jìn)口設(shè)備，同時(shí)提高了裝配精度，節(jié)約了人力成本。

［1］陳滿(mǎn)足，胡國(guó)清，欒厚寶.鐘表分輪自動(dòng)裝配機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.機(jī)械制造與自動(dòng)化，2009，38(1):144-146.

［2］王立春.過(guò)盈配合產(chǎn)品的震動(dòng)自動(dòng)裝配技術(shù)研究［D］.重慶:重慶理工大學(xué)，2011.