夏 煒，廖新明，揭新平

（日本電產(chǎn)三協(xié)電子（東莞）有限公司，廣東東莞 523325）

0 引言

電機(jī)的制造工藝根據(jù)電機(jī)本身的用途、功率、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)原理不同而差異很大。其齒輪的結(jié)構(gòu)和制造方法也不同，決定了其制造和組裝工藝也多種多樣。在家電微型電機(jī)制造領(lǐng)域，很多電機(jī)生產(chǎn)廠家的電機(jī)制造和組裝工藝還在使用20世紀(jì)的生產(chǎn)工藝和技術(shù)設(shè)備，齒輪組裝還停留在手動(dòng)組裝，即完全使用人工逐個(gè)組裝齒輪，效率不僅低下，人工成本還很高。近些年，一些非標(biāo)自動(dòng)化公司陸續(xù)開(kāi)發(fā)了很多電機(jī)齒輪自動(dòng)組裝設(shè)備，自動(dòng)化程度也較高，但是通用性比較窄，在擁有較復(fù)雜制造工藝的微型電機(jī)生產(chǎn)制造方面的實(shí)用性有所欠缺。因此，本文設(shè)計(jì)一種新型組裝工藝—齒輪自動(dòng)組裝工藝，通過(guò)對(duì)家電系列微型步進(jìn)電機(jī)齒輪組裝生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)和自動(dòng)組裝方法設(shè)計(jì)，擴(kuò)大齒輪自動(dòng)組裝工藝的通用性和提高生產(chǎn)效率。

1 設(shè)備工作原理

1.1 概述

齒輪自動(dòng)組裝機(jī)構(gòu)主要由大齒輪上料機(jī)構(gòu)、大齒輪注油機(jī)構(gòu)、小齒輪上料機(jī)構(gòu)、齒輪組下壓機(jī)構(gòu)、齒輪排出機(jī)構(gòu)、分度盤(pán)、PLC以及移動(dòng)、氣動(dòng)和感應(yīng)部件組成[1-2]。設(shè)備開(kāi)始工作時(shí)，大齒輪通過(guò)上料機(jī)構(gòu)的震動(dòng)盤(pán)和直震控制器將大齒輪送到直震控制器先端的凹槽內(nèi)，此時(shí)光纖感應(yīng)器感應(yīng)到有料，將信號(hào)輸入到PLC，PLC的CPU將讀取到的輸入信號(hào)輸入映像寄存器，將編寫(xiě)的程序進(jìn)行從上到下、從左到右逐行掃描執(zhí)行，并將處理結(jié)果存儲(chǔ)到輸出映像寄存器，將輸出映像寄存器的輸出信號(hào)送至輸出端子上，使電磁閥得電并進(jìn)行交換氣，從而驅(qū)動(dòng)大齒輪上料機(jī)構(gòu)的氣缸進(jìn)行齒輪的吸取和放置。放置完后復(fù)位，等待分度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)后進(jìn)行下一次動(dòng)作，大齒輪放置完后，PLC再控制分度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到大齒輪注油機(jī)構(gòu)，分度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到位后，檢測(cè)分度盤(pán)動(dòng)作的感應(yīng)器會(huì)有個(gè)信號(hào)給到PLC，PLC收到信號(hào)后，同上原理將輸出信號(hào)送到輸出端子上，電池閥得電并進(jìn)行交換氣，從而驅(qū)動(dòng)大齒輪注油機(jī)構(gòu)上的氣缸上行，上行到位后，驅(qū)動(dòng)注油機(jī)進(jìn)行注油操作。

注油完成后復(fù)位，等待進(jìn)行下一步操作。當(dāng)注油完成后，PLC控制分度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到小齒輪上料機(jī)構(gòu)，小齒輪上料機(jī)構(gòu)同樣是通過(guò)震動(dòng)盤(pán)和直震控制器將小齒輪送到直震控制器先端的凹槽內(nèi)。凹槽內(nèi)有料時(shí)，感應(yīng)器感應(yīng)到有料會(huì)有個(gè)信號(hào)給到PLC，并且分度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到位后，同樣會(huì)給PLC一個(gè)信號(hào)。接收到信號(hào)后，PLC將信號(hào)送到輸出端子上，控制小齒輪吸料機(jī)構(gòu)的電池閥得電，驅(qū)動(dòng)小齒輪上料機(jī)構(gòu)的氣缸進(jìn)行小齒輪的吸取和初次組裝。組裝時(shí)，小齒輪上料機(jī)構(gòu)的定位夾具會(huì)下壓在分度盤(pán)上的大齒輪放置受臺(tái)上并閉合，小齒輪組裝時(shí)會(huì)沿著夾具的導(dǎo)向槽向下組裝，這樣就會(huì)很好地避免小齒輪碰到大齒輪邊緣造成齒輪傷。完成組裝后機(jī)構(gòu)復(fù)位，等待進(jìn)行下一步動(dòng)作，小齒輪組裝到位后，PLC控制分度盤(pán)轉(zhuǎn)到齒輪組下壓機(jī)構(gòu)，分度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到位后，檢測(cè)分度盤(pán)動(dòng)作的感應(yīng)器給信號(hào)到PLC。PLC接收到信號(hào)后，電池閥得電驅(qū)動(dòng)齒輪組下壓機(jī)構(gòu)的氣缸進(jìn)行再次壓入，確保大小齒輪完全組裝到位。下壓動(dòng)作完成后機(jī)構(gòu)復(fù)位，等待進(jìn)行下一步操作，下壓完成后，PLC驅(qū)動(dòng)分度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到齒輪排出機(jī)構(gòu)。分度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到位后，信號(hào)給到PLC，此時(shí)齒輪排出機(jī)構(gòu)電池閥得電驅(qū)動(dòng)齒輪排出機(jī)構(gòu)氣缸進(jìn)行完成品的排出，排出完成后復(fù)位，等待下一步動(dòng)作。該齒輪自動(dòng)組裝設(shè)備的各個(gè)機(jī)構(gòu)之間是聯(lián)動(dòng)關(guān)系，這樣就能使設(shè)備進(jìn)行循環(huán)往復(fù)動(dòng)作，源源不斷地產(chǎn)出產(chǎn)品。

1.2 設(shè)備流程

設(shè)備流程如圖1所示。

圖1 設(shè)備流程

1.3 設(shè)備所需重要電氣元件

設(shè)備所需重要電氣元件如表1所示。

表1 重要電氣元件

2 設(shè)備機(jī)構(gòu)

2.1 概述

針對(duì)人工組裝齒輪的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種新型的齒輪組裝工藝，以提高組裝效率，減少人工成本，提高品質(zhì)為目的；以自動(dòng)組裝為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)設(shè)備的自動(dòng)組裝，最終實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)，降低人工成本。齒輪自動(dòng)組裝機(jī)構(gòu)全部動(dòng)作通過(guò)PLC程序來(lái)控制震動(dòng)盤(pán)自動(dòng)上料大小齒輪，光纖感應(yīng)器感應(yīng)齒輪位置[3-4]利用氣缸驅(qū)動(dòng)吸料組件進(jìn)行吸料（吸料組件包括真空發(fā)生器），利用分度盤(pán)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)到達(dá)下一步動(dòng)作的位置。大小齒輪初步組立后，氣缸驅(qū)動(dòng)下壓組件進(jìn)行最終組裝，組裝完成后通過(guò)最終吸料組件進(jìn)行完成品排出。

自動(dòng)組裝設(shè)備[5-6]主要由設(shè)備本體、震動(dòng)盤(pán)、直震控制器、大齒輪上料機(jī)構(gòu)、大齒輪注油機(jī)構(gòu)、小齒輪上料機(jī)構(gòu)、齒輪組下壓機(jī)構(gòu)、齒輪排出機(jī)構(gòu)、分度盤(pán)、三菱可編程控制器、觸摸屏及6個(gè)齒輪放置受臺(tái)等組成。大齒輪上料機(jī)構(gòu)位于設(shè)備本體左下方位置；大齒輪注油機(jī)構(gòu)位于大齒輪吸料機(jī)構(gòu)左上方位置；小齒輪上料機(jī)構(gòu)位于設(shè)備本體正上方位置；齒輪組下壓機(jī)構(gòu)與齒輪排出機(jī)構(gòu)位于設(shè)備本體右邊。所有機(jī)構(gòu)圍繞分度盤(pán)呈圓形分布，如圖2所示。

2.2 大齒輪上料機(jī)構(gòu)

圖2 設(shè)備機(jī)構(gòu)

大齒輪上料機(jī)構(gòu)由震動(dòng)盤(pán)、直震控制器、氣缸、吸料頭、光纖感應(yīng)器等組成。震動(dòng)盤(pán)通過(guò)震動(dòng)將大齒輪送到直震最先端的凹槽內(nèi)，當(dāng)感應(yīng)器感應(yīng)到有料，將信號(hào)給到PLC，PLC將輸出映像寄存器的輸出信號(hào)送到輸出端子上，電池閥得電后進(jìn)行交換氣來(lái)驅(qū)動(dòng)大齒輪上料機(jī)構(gòu)的氣缸進(jìn)行吸料動(dòng)作。吸料頭吸取大齒輪后，隨氣缸動(dòng)作將大齒輪放置到分度盤(pán)固定的齒輪放置受臺(tái)上，齒輪放置完后氣缸復(fù)位。如圖3所示。

圖3 大齒輪上料機(jī)構(gòu)

2.3 大齒輪注油機(jī)構(gòu)

大齒輪注油機(jī)構(gòu)由下壓氣缸組件、注油機(jī)、注油頂針等組成。當(dāng)分度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到注油位置后，PLC驅(qū)動(dòng)下壓氣缸組件將大齒輪進(jìn)行定位，定位完成后注油頂針上行進(jìn)行注油，注油完成后復(fù)位。如圖4所示。

圖4 大齒輪注油機(jī)構(gòu)

2.4 小齒輪上料機(jī)構(gòu)

小齒輪上料機(jī)構(gòu)由震動(dòng)盤(pán)、直震控制器、光纖感應(yīng)器、氣缸、吸料頭、定位夾具等組成，當(dāng)分度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到小齒輪組裝位置后，感應(yīng)器感應(yīng)到有料，PLC接收到信號(hào)，電池閥得電驅(qū)動(dòng)氣缸帶動(dòng)定位夾具下壓將大齒輪定位，氣缸帶動(dòng)吸料頭將小齒輪吸取并沿著定位夾具導(dǎo)向孔下壓，將小齒輪初步組裝到大齒輪孔內(nèi)，料放完后各組件回歸原位，便于進(jìn)行下一次組裝。如圖5所示。

圖5 小齒輪上料機(jī)構(gòu)

2.5 齒輪下壓機(jī)構(gòu)

齒輪組下壓機(jī)構(gòu)由下壓組件和氣缸組成。當(dāng)分度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到齒輪下壓機(jī)構(gòu)位置時(shí)，PLC接收到信號(hào)，電池閥得電驅(qū)動(dòng)氣缸帶動(dòng)下壓組件將初步組裝的大小齒輪再次進(jìn)行壓合，確保組裝到位，下壓動(dòng)作完成后復(fù)位。如圖6所示。

圖6 齒輪下壓機(jī)構(gòu)

2.6 齒輪排出機(jī)構(gòu)

齒輪排出機(jī)構(gòu)由氣缸和吸料組件組成。當(dāng)分度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到齒輪排出位置后，PLC接收到信號(hào)，電池閥得電驅(qū)動(dòng)氣缸帶動(dòng)吸料組件將已經(jīng)組裝好的齒輪組吸取后放置到準(zhǔn)備好的盒子里，動(dòng)作完成后復(fù)位。如圖7所示。

圖7 齒輪排除機(jī)構(gòu)

圖8 液晶觸摸屏

2.7 液晶觸摸屏

液晶觸摸屏[7-8]（人機(jī)界面）如圖8所示。

3 設(shè)備測(cè)試與分析

齒輪自動(dòng)組裝設(shè)備經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，設(shè)備性能正常，設(shè)備生產(chǎn)能力完全能夠滿足公司的要求，解決了瓶頸工程，提高了工作效率，降低了工人勞動(dòng)量以及人工成本，每年可為公司節(jié)約資金50萬(wàn)元。

采用自動(dòng)組裝工藝完全代替了人工組裝，這是工藝的進(jìn)步。人工組裝產(chǎn)量9 000 PCS/天，自動(dòng)組裝產(chǎn)量12 000 PCS/天，提高了效率，有效降低了工人長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)產(chǎn)生的疲勞度。采用自動(dòng)組裝后，人員減少了7人，降低了人工成本。對(duì)不同機(jī)種的齒輪進(jìn)行組裝時(shí)，只需切換程序即可生產(chǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以對(duì)微型步進(jìn)電機(jī)的齒輪組裝工藝改進(jìn)及自動(dòng)設(shè)備制造方案的設(shè)計(jì)，通過(guò)一系列新穎的設(shè)計(jì)使齒輪自動(dòng)組裝工藝較手動(dòng)組裝的生產(chǎn)效率有較大的提高，該方案已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。設(shè)備完全滿足對(duì)產(chǎn)品定位精度高、生產(chǎn)速度快、品質(zhì)好的設(shè)計(jì)要求。齒輪組裝是家電系列微型步進(jìn)電機(jī)生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其他關(guān)聯(lián)工程彈簧墊壓入、保護(hù)蓋端子壓入、外殼組軸壓入、中地板壓入等加工工藝，都具有自動(dòng)化生產(chǎn)開(kāi)發(fā)條件。在該設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究關(guān)聯(lián)的加工工藝，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)制造工程集成化設(shè)計(jì)、空間更優(yōu)化、人工成本更節(jié)省、效益最大化。