王純賢，王 斌，萬 宇

（1.合肥工業(yè)大學(xué) 宣城研究院，安徽 宣城 242000；2.安徽華之杰機(jī)械有限公司，安徽 宣城242131）

浪形保持架全自動裝釘機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究

王純賢1，王 斌1，萬 宇2

（1.合肥工業(yè)大學(xué) 宣城研究院，安徽 宣城 242000；2.安徽華之杰機(jī)械有限公司，安徽 宣城242131）

滾動軸承浪形保持架的裝釘是保持架裝配中的一道關(guān)鍵工序，現(xiàn)有的裝釘方式存在著生產(chǎn)效率低、漏釘率高、可靠性差等問題。通過對裝釘工藝進(jìn)行分析，確定了影響裝釘質(zhì)量的關(guān)鍵因素，研究設(shè)計了一種新型全自動裝釘機(jī)，重點(diǎn)論述了分釘機(jī)構(gòu)、裝釘機(jī)構(gòu)和驗(yàn)釘機(jī)構(gòu)的設(shè)計。實(shí)際使用表明，該裝釘機(jī)生產(chǎn)效率和裝配質(zhì)量高，運(yùn)行可靠，有效地解決了裝釘過程中的漏釘問題。

浪形保持架；自動裝釘；分釘機(jī)構(gòu)；驗(yàn)釘機(jī)構(gòu)

0 引言

浪形保持架裝釘是保持架裝配中的一道關(guān)鍵工序，其裝配質(zhì)量極大地影響著滾動軸承的性能指標(biāo)。傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中，浪形保持架的插釘和緊釘工作仍采用手工完成［1］，操作中，首先需要手工將鉚釘逐個裝入單片浪形保持架的等分孔中，然后放在壓力機(jī)上用專用模具進(jìn)行壓緊，再人工整理、包裝。這種方法勞動強(qiáng)度大，效率低，由于手工操作，裝釘質(zhì)量難以得到保證。為解決這個問題，近年國內(nèi)許多軸承生產(chǎn)廠家相繼研制了自動化裝釘機(jī)，在提高裝釘效率、保證裝配質(zhì)量方面起到了一定的效果，但是存在著漏釘率高、缺釘現(xiàn)象頻繁、可靠性差、廢品率高等問題。針對上述問題，本文通過對裝釘工序進(jìn)行分析，研究了影響裝釘質(zhì)量的關(guān)鍵因素，設(shè)計了一種新型全自動裝釘機(jī)。

1 裝釘工藝分析

浪形保持架在裝配時需要使用鉚釘將兩個單片保持架牢固地鉚接起來，從而起到保持作用。傳統(tǒng)的裝配方法是，裝球后將球撥勻，扣上兩半保持架，然后將鉚釘逐個插入保持架的鉚釘孔中，扣上鉚模，送到?jīng)_床中沖壓，其生產(chǎn)效率很低［2-3］，并且由于采用半圓頭鉚釘，在鉚模中垂直度無法保證，容易造成鉚歪、鉚偏及漏鉚釘?shù)炔涣记鍥r?，F(xiàn)在改用平頭鉚釘，并把鉚釘預(yù)先插在單個保持架的鉚釘孔中，采用基孔制過盈配合，從而保證了鉚釘在鉚模中的垂直度，鉚合質(zhì)量好，鉚歪、鉚偏及漏掉鉚釘?shù)炔涣记闆r基本消除［2］。

如圖1所示，浪形保持架的裝釘工序中，需要將鉚釘預(yù)先裝在單片保持架的鉚釘孔中并形成過盈配合，從而形成帶釘單片保持架。工序中需要完成保持架的自動上料、鉚釘?shù)淖詣由狭?、裝釘、驗(yàn)釘、壓釘、自動下料等動作［4-5］。浪形保持架具有多個鉚釘孔，且所裝鉚釘尺寸很小，裝釘機(jī)構(gòu)在復(fù)位時很容易將鉚釘粘出或碰落，造成某些鉚釘孔漏裝鉚釘。另外，對裝入的鉚釘，需要保證其與保持架鉚釘孔所在平面的垂直度，否則鉚壓后將造成鉚釘歪斜，成為次品。為了減輕后續(xù)檢驗(yàn)的勞動強(qiáng)度，必須確保所有鉚釘孔均正確裝入鉚釘，否則檢驗(yàn)時需要對保持架的所有鉚釘孔逐個進(jìn)行檢測。因此，裝釘和驗(yàn)釘是該工序的關(guān)鍵動作，裝釘動作的準(zhǔn)確性和可靠性是影響漏釘率和廢品率的關(guān)鍵因素，而驗(yàn)釘動作的準(zhǔn)確性決定了后續(xù)檢驗(yàn)效率。顯然，這些動作的自動化程度直接影響了工序的生產(chǎn)效率。

圖1 浪形保持架的裝釘工藝

2 總體設(shè)計

2.1 裝釘機(jī)總體結(jié)構(gòu)

圖2 全自動裝釘機(jī)的總體結(jié)構(gòu)

全自動裝釘機(jī)主要由放料機(jī)構(gòu)、分釘機(jī)構(gòu)、裝釘機(jī)構(gòu)、驗(yàn)釘機(jī)構(gòu)、壓釘機(jī)構(gòu)、取料機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等構(gòu)成，總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，由放料機(jī)構(gòu)完成單片保持架的自動上料及定位，為后續(xù)的裝釘動作做好準(zhǔn)備。鉚釘?shù)难b入由分釘機(jī)構(gòu)和裝釘機(jī)構(gòu)共同完成，分釘機(jī)構(gòu)將連續(xù)輸送的鉚釘進(jìn)行分隔，從而使每個釘孔每次裝入一個鉚釘，裝釘機(jī)構(gòu)將分隔好的鉚釘插入到保持架的鉚釘孔中。為了對保持架進(jìn)行缺釘檢測，在壓釘工位前后分別設(shè)置有驗(yàn)釘機(jī)構(gòu)。鉚釘?shù)你T壓由壓釘機(jī)構(gòu)完成，使保持架和鉚釘之間形成過盈配合。根據(jù)工作要求，依次設(shè)置有兩個取料工位，分別完成合格品和缺釘產(chǎn)品的收集和整理。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和單向離合器構(gòu)成，通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)帶動單向離合器完成轉(zhuǎn)盤的單向分度進(jìn)給，每次旋轉(zhuǎn)一個工位，實(shí)現(xiàn)裝釘機(jī)的連續(xù)工作。此外，利用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回特性，合理設(shè)置回位時間和工作時間的比例，在一定程度上提高了裝釘?shù)男省?/p>

2.2 工作過程

全自動裝釘機(jī)共設(shè)置八個工位，每個工位分別完成相應(yīng)的動作，其工位功能示意圖如圖3所示。這八個工位相互配合，共同完成保持架的裝釘，具體實(shí)現(xiàn)過程如下。

圖3 工位功能示意圖

（1）放保持架。首先將穿滿保持架的上料桿放置在放料機(jī)構(gòu)的上模架中，放料氣缸動作，分離一片保持架并將其放入裝釘下模中，保持架依靠裝釘下模上的鋼球自動完成定位。

（2）保持架檢測。通過接近開關(guān)來檢測裝釘下模中是否有保持架，如果沒有保持架，則不進(jìn)行裝釘動作。如果多次檢測不到保持架，則給出報警信號，提示工人上料或排除故障。

（3）裝釘。振動理釘盤將鉚釘整理成大頭向下且方向一致，通過塑料軟管送入分釘機(jī)構(gòu)，分釘機(jī)構(gòu)將依次緊挨的鉚釘進(jìn)行分隔，并送入裝釘機(jī)構(gòu)，完成分釘動作。裝釘機(jī)構(gòu)將鉚釘插入放置在裝釘下模的保持架的鉚釘孔中。

（4）壓釘前驗(yàn)釘。壓釘動作之前，檢驗(yàn)保持架的所有鉚釘孔中是否插入鉚釘，如果缺釘，則不進(jìn)行壓釘，在取缺釘產(chǎn)品工位將其取下。

（5）壓釘。如果上一工位檢驗(yàn)不缺釘，則壓釘機(jī)構(gòu)將鉚釘過盈段壓入保持架的鉚釘孔中，形成過盈配合。

（6）壓釘后驗(yàn)釘。為確保不缺釘，壓釘后再次對保持架進(jìn)行缺釘檢測，如果缺釘，則在取缺釘產(chǎn)品工位將其取下。

（7）取缺釘產(chǎn)品。根據(jù)控制系統(tǒng)指令，將缺釘?shù)谋３旨苋∠?，并自動完成收集整理。對于壓釘前檢測到的缺釘產(chǎn)品，鉚釘很容易從保持架中分離出，因此，分離后的保持架和鉚釘可以再次上料。對于壓釘后檢測到的缺釘產(chǎn)品，由于出現(xiàn)概率小，單獨(dú)設(shè)置自動補(bǔ)釘工位會大大增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和設(shè)備的成本，因此，采用人工對其手動補(bǔ)釘。

（8）取合格品。將合格品自動串裝，完成裝配過程。

3 關(guān)鍵機(jī)構(gòu)設(shè)計

分釘機(jī)構(gòu)、裝釘機(jī)構(gòu)和驗(yàn)釘機(jī)構(gòu)是全自動裝釘機(jī)的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，其設(shè)計的好壞對裝釘機(jī)的整體性能影響很大。因此，下面重點(diǎn)介紹這三部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題。

3.1 分釘機(jī)構(gòu)設(shè)計

由于所裝鉚釘?shù)男螤钜?guī)則，可使用振動理釘盤對其進(jìn)行整理定向。整理后，鉚釘方向一致且大頭向下，但其依次緊挨，因此需要對其分隔。分釘機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖4所示。鉚釘通過進(jìn)釘導(dǎo)釘管在重力的作用下落入分釘轉(zhuǎn)片的等分孔中，分釘轉(zhuǎn)片的高度略小于鉚釘?shù)母叨龋瑒t當(dāng)分釘轉(zhuǎn)片旋轉(zhuǎn)一定角度時，等分孔中的鉚釘隨之旋轉(zhuǎn)到出釘導(dǎo)釘管的下方，完成對鉚釘?shù)姆指?。由于鉚釘?shù)闹睆胶烷L度都很小，采用氣壓對分隔好的鉚釘進(jìn)行輸送。而保持架一次需要輸送多個鉚釘，為了簡化氣路設(shè)計，在分釘下模底部設(shè)置有臺階孔，臺階孔內(nèi)設(shè)置有與出釘導(dǎo)釘管相對應(yīng)的通孔，則只要向臺階孔內(nèi)輸入壓縮氣體，就可實(shí)現(xiàn)所有鉚釘?shù)耐瑫r輸送。

圖4 分釘機(jī)構(gòu)

該分釘機(jī)構(gòu)采用“抽屜式”分料原理［6］，環(huán)形結(jié)構(gòu)布置，通過分釘轉(zhuǎn)片的旋轉(zhuǎn)，一次完成所有鉚釘孔的分釘動作，結(jié)構(gòu)簡單，分釘準(zhǔn)確，分釘效率高。

3.2 裝釘機(jī)構(gòu)設(shè)計

裝釘機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖5所示。為了能將鉚釘準(zhǔn)確垂直插入保持架的鉚釘孔中，必須在裝入前對其進(jìn)行定位。為此，裝釘頭設(shè)計為剖分式結(jié)構(gòu)，對稱兩部分分別固定在彈簧片上，由提板上的通孔控制其張開與閉合。當(dāng)對稱兩部分閉合到一起時，中心處形成圓柱形通道，從而使鉚釘可以順利輸送，而出口處形成上大下小的錐形結(jié)構(gòu)。分釘機(jī)構(gòu)送入的鉚釘經(jīng)導(dǎo)釘管輸送到裝釘頭中，由于此時裝釘頭為閉合狀態(tài)，鉚釘不能通過錐形出口。在氣壓的作用下，錐形出口對鉚釘?shù)姆较蜻M(jìn)行引導(dǎo)和矯正，從而保證鉚釘與保持架所在平面的垂直度。接下來，裝釘頭將鉚釘裝入保持架的鉚釘孔中。在裝釘機(jī)構(gòu)復(fù)位時，首先控制提板向上移動，使裝釘頭的凹槽段進(jìn)入提板的通孔中，則裝釘頭在彈簧片的作用下被打開，與鉚釘脫離接觸，接下來控制裝釘頭上移復(fù)位。這樣，就可以避免裝釘頭將鉚釘粘起或碰落。

圖5 裝釘機(jī)構(gòu)

裝釘機(jī)構(gòu)通過裝釘頭保證了鉚釘和保持架之間的垂直度要求，通過壓縮氣體送釘，大大提高了裝釘效率。

3.3 驗(yàn)釘機(jī)構(gòu)設(shè)計

鉚釘在插入保持架鉚釘孔后，由于保持架為浪形結(jié)構(gòu)，鉚釘尺寸很小，只有頭部露出，造成傳統(tǒng)的傳感器難以對其進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測。文獻(xiàn)［7］介紹了一種基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的軸承滾動體及鉚釘缺失檢測系統(tǒng)，利用攝像機(jī)獲取軸承圖像，再利用計算機(jī)對圖像進(jìn)行分析，從而確定是否缺失鉚釘。由于采用復(fù)雜的算法，其檢測速度受到限制，且設(shè)備復(fù)雜，成本高。

為此，在該機(jī)器中，將鉚釘?shù)臋z測轉(zhuǎn)換為電信號檢測，設(shè)計了一種簡單快速的驗(yàn)釘機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖6所示。其工作原理為：對應(yīng)于保持架的每個鉚釘孔均設(shè)計有驗(yàn)釘頭，驗(yàn)釘時，驗(yàn)釘頭抵在鉚釘?shù)念^部端面，如果保持架的所有鉚釘孔均已正確裝入鉚釘，則驗(yàn)釘頭將克服驗(yàn)釘彈簧的作用力而與導(dǎo)電板分離。由于驗(yàn)釘器下座采用絕緣材料制成，此時導(dǎo)電板處于開路狀態(tài)，沒有信號輸出。如果某個鉚釘孔缺釘，則其對應(yīng)驗(yàn)釘頭被驗(yàn)釘彈簧壓在導(dǎo)電板上，導(dǎo)電板通過驗(yàn)釘頭和機(jī)架形成通路，從而輸出低電平信號，即缺釘信號。由于任一個鉚釘孔缺釘均可接通導(dǎo)電板，因此所有孔中缺釘狀態(tài)都可以檢測。

該驗(yàn)釘機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，檢測速度快、靈敏度高，且工作可靠，成本低，提高了驗(yàn)釘?shù)臏?zhǔn)確性，滿足了使用要求。通過壓釘前后分別驗(yàn)釘檢測，避免了缺釘產(chǎn)品混入合格品中。

圖6 驗(yàn)釘機(jī)構(gòu)

4 小結(jié)

針對滾動軸承浪形保持架裝釘工序中存在的自動化程度不高、效率低、漏釘率高、缺釘頻繁等問題，本文通過對保持架裝釘工藝的分析，確定了影響裝釘質(zhì)量的關(guān)鍵因素。以提高裝釘質(zhì)量和生產(chǎn)效率為目標(biāo)，設(shè)計了一種新型的全自動裝釘機(jī)，重點(diǎn)論述了分釘機(jī)構(gòu)、裝釘機(jī)構(gòu)和驗(yàn)釘機(jī)構(gòu)的設(shè)計。目前，該裝釘機(jī)已投入生產(chǎn)使用，實(shí)際運(yùn)行表明，其工作可靠，裝釘效率高，裝釘質(zhì)量得到極大提高，缺釘現(xiàn)象基本得到解決。該裝釘機(jī)所采用的分釘機(jī)構(gòu)、裝釘機(jī)構(gòu)和驗(yàn)釘機(jī)構(gòu)，對類似裝配機(jī)構(gòu)的設(shè)計也具有一定的借鑒意義。

［1］楚曉華，惠鴻忠，潘云偉.基于PLC的浪形保持架插釘機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2010（8）：39-41，44.

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［3］鞠濱香.浪形保持架裝釘工藝改進(jìn)［J］.哈爾濱軸承，2008（4）：30-31.

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（編輯 李秀敏）

Research on Key Technology of Automatic Rivet Assembly M achine for Ribbon Cage

WANG Chun-xian1，WANG Bin1，WAN Yu2
（1.Xuancheng Research Institute，Hefei University of Technology，Xuancheng Anhui242000，China；2.Anhui Huazhijie Machinery Co.，Ltd.，Xuancheng Anhui242131，China）

The Rivet assembly of ribbon cage is a key procedure in cage assembly.However，many problems are produced with current Rivet assembly method，such as low productivity，high rate of Rivet missing and poor reliability.At first，the process of Rivet assembly is analyzed，and the key factors which affect the quality of Rivet assembly are determined.And then a new automatic Rivet assembly machine is studied and designed，the design of Rivet separate mechanism，Rivet assembly mechanism and Rivet inspect mechanism is focused on.The actual use shows that the Rivet assembly machine has a high efficiency and assembly quality，reliable operation，and can solve the problem of Rivet missing effectively.

ribbon cage；rivet automatic assembly；rivet separate mechanism；rivet inspect mechanism

TH122；TG65

A

1001-2265（2015）01-0135-03 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.01.038

2014-05-23

王純賢（1962—），男，內(nèi)蒙古赤峰人，合肥工業(yè)大學(xué)宣城研究院副教授，博士，主要研究方向?yàn)镃IMS、自動化加工、數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)，（E-mail）cxwang2004@126.com；通訊作者：王斌（1989—），男，河南南陽人，合肥工業(yè)大學(xué)宣城研究院碩士研究生，研究方向?yàn)闄C(jī)電控制與自動化，（E-mail）632929319@qq.com。