王永亮,廖新明
(日本電產(chǎn)三協(xié)電子(東莞)有限公司,廣東東莞 523325)
隨著科技的不斷進(jìn)步,機(jī)械自動化設(shè)備的發(fā)展也實(shí)現(xiàn)了由簡單到復(fù)雜、由低級到高級的變化過程,這是工業(yè)行業(yè)發(fā)展的必然,企業(yè)如何高效地提高經(jīng)濟(jì)效益,減少企業(yè)成本[1]是一大課題。本文針對微型步進(jìn)馬達(dá)總工程組裝設(shè)備設(shè)計,以減少公司人工成本、提升產(chǎn)品良品率為出發(fā)點(diǎn),設(shè)計研發(fā)了一種微型步進(jìn)馬達(dá)總裝工程自動作業(yè)的組裝設(shè)備及自動特性檢查設(shè)備,運(yùn)行環(huán)形輪帶設(shè)計;同時獨(dú)特的可視判定,實(shí)現(xiàn)了無人潤滑油作業(yè)及摩擦齒輪傷判定,解決了本行業(yè)中瓶頸工程,提升了微型步進(jìn)馬達(dá)工程良品率。通過對自動化組裝設(shè)備的模塊化設(shè)計,確定工藝流程,完全實(shí)現(xiàn)一條流水線多機(jī)種生產(chǎn)。
步進(jìn)微型馬達(dá)總組裝[2]是把各個部組工程產(chǎn)出部組品進(jìn)行總組裝后,進(jìn)行特性檢查,最終產(chǎn)出完成品。馬達(dá)總組裝工程包含:定子組與外殼組組裝、轉(zhuǎn)子組組裝、彈簧片組裝、齒輪組組裝、潤滑油涂布、主軸組組裝、取付板組裝、馬達(dá)性能檢查、完品自動捆包機(jī)等,通過在輪帶回轉(zhuǎn)治具[3]及各伺服機(jī)構(gòu)等組裝成馬達(dá)完成品,并在總組裝線自動進(jìn)行馬達(dá)相關(guān)參數(shù)檢查[4]。如圖1所示。
圖1 微型步進(jìn)馬達(dá)總組裝線
總組裝工程定子組組裝部件包含2個部分:外殼組和定子組。
(1)外殼組自動供給[5]機(jī)構(gòu)如圖2 所示。整體設(shè)備運(yùn)用振動盤、直震料槽及機(jī)構(gòu)夾取供料。外殼組通過振動盤自動區(qū)分方向,直震料槽連續(xù)、可控供料,當(dāng)直震料槽滿料時振動盤及直震料槽停止工作,夾取外殼組連續(xù)組裝,直震料槽外殼組下限時繼續(xù)工作,從而解決了外殼組持續(xù)供給導(dǎo)致疊料出現(xiàn),以及減少電力資源損失。具體外殼組上料機(jī)構(gòu)如圖3所示。
圖2 外殼組自動供給機(jī)構(gòu)
圖3 外殼組上料機(jī)構(gòu)
(2)定子組自動組裝機(jī)如圖4所示。外殼組供給后由定子組裝機(jī)供給定子組,組裝機(jī)構(gòu)通過伺服器精密取付組裝至治具受臺。
(1)轉(zhuǎn)子組自動組裝機(jī)利用可編程PLC[6]控制伺服電缸進(jìn)料,夾取放置到轉(zhuǎn)子清潔位置,進(jìn)行轉(zhuǎn)子組底部和側(cè)面清潔后,進(jìn)行自動組裝,如圖5所示。
圖4 定子組自動組裝機(jī)構(gòu)
圖5 轉(zhuǎn)子組自動組裝機(jī)構(gòu)
齒輪組裝機(jī)構(gòu)如圖6所示。運(yùn)用振動盤、直震料槽供料,通過機(jī)械機(jī)構(gòu)夾具進(jìn)行自動組裝工作??偨M裝工程由三菱PLC[7]及威綸人機(jī)界面控制[8],使用輪帶回轉(zhuǎn)治具,并通過氣缸限位把組裝受臺定位到各組裝機(jī)構(gòu)位置,各組裝機(jī)通過獨(dú)立專用設(shè)備組裝,完成微型步進(jìn)馬達(dá)系統(tǒng)化的組裝并完成特性數(shù)據(jù)檢查。
圖6 齒輪組自動組裝機(jī)構(gòu)
自動化裝配機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。
表1 自動化裝配機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)
本項(xiàng)目在實(shí)施過程中主要解決了以下關(guān)鍵點(diǎn)。
(1)卷線組的取料彈性吸附技術(shù)。解決了線圈移位送料裝置中的移料零件將線圈送至取料位置點(diǎn)后,取料機(jī)構(gòu)與移料零件硬接觸且線圈定位不好的問題。
(2)卷線組的放料同軸自校對定位問題。通過彈性限位塊與組裝模組定位的圓柱端面圓弧倒角的組合,精簡結(jié)構(gòu)降低成本的同時能夠保證所需的定位精度。
(3)定子組外形彈性卡位導(dǎo)向技術(shù)。解決了模糊放料下的精確裝配問題。一般零件,通過階梯軸和孔鍵的配合達(dá)到準(zhǔn)確裝配。針對非對稱存在偏位的零件組裝,通過彈簧作用力與零件組成軸向彈性卡位,以及擋塊等完成與軸的裝配。
(4)自制校正模板。解決了機(jī)器視覺檢查中在顯微鏡下目視許多是無法區(qū)分的問題。在檢測中將光源打到工件上反射光成像后進(jìn)行分析,工件在成型模具的加工紋路是各種各樣,但實(shí)際的反射角度是完全相反的,導(dǎo)致機(jī)器視覺的檢測結(jié)果完全相反或差異很大,因此需要對其進(jìn)行校正。
(1)在取料/放料工程中采用自校對定位技術(shù),采用緩沖器加限位塊定位的模式。限位塊頭部追加伸縮性良好的聚氨酯等彈性材料,目的是在限位位置點(diǎn)取料零件可以繼續(xù)前后移動。放料/取料口部位中空圓孔設(shè)計與組裝模組定位圓柱端面圓弧倒角處理,取料零件內(nèi)圓孔與定位圓柱外壁軸配套,放料零件初入定位圓柱時沿倒角自動與定位圓柱外壁軸配套。
(2)定子組通過外形彈性卡位導(dǎo)向技術(shù),將定子組各個模塊進(jìn)行組裝;此外,定子組采用自動焊錫技術(shù),通過不斷地嘗試與總結(jié),發(fā)現(xiàn)烙鐵頭端部的形狀、傾角以及焊錫進(jìn)入的方向?qū)ψ詣雍稿a的品質(zhì)有重要影響。因此,通過改對烙鐵頭的形狀和傾角,滿足自動焊錫設(shè)備達(dá)到高品質(zhì)、高產(chǎn)能需求。
(3)轉(zhuǎn)子組外觀檢查采用獨(dú)特三維一體技術(shù),通過對設(shè)備組裝檢查品放置方向獨(dú)特處理,照相機(jī)短時閃斷多次成像,機(jī)器視覺放大30 倍檢測,提升轉(zhuǎn)子組外觀檢查率。
(4)總組裝工程采用回轉(zhuǎn)輪帶式,高精度組裝機(jī)構(gòu)模塊化裝配,即先通過零部件的組合裝配出具有不同功能機(jī)構(gòu)模塊,通過各模塊的組合裝配出滿足顧客要求的產(chǎn)品。因此,模塊化裝配的基本單元是獨(dú)立的模塊。企業(yè)的裝配線多是基于顧客訂單的裝配線,裝配過程具有動態(tài)性。
目前公司通過本項(xiàng)目,微型步進(jìn)馬達(dá)年產(chǎn)值1.5億元人民幣,后續(xù)也會運(yùn)用新技術(shù)創(chuàng)新改善現(xiàn)有產(chǎn)品的組裝工藝,并通過團(tuán)隊研發(fā)創(chuàng)造,激勵技術(shù)人才高技能化發(fā)展,為后續(xù)創(chuàng)造更多的科技成果,提高生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)效益。今后將以此項(xiàng)目為開拓點(diǎn),多方向運(yùn)用新技術(shù)(可編程控制器、觸摸屏、步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)、伺服電機(jī)控制系統(tǒng)、變頻器系統(tǒng)、機(jī)械手(多關(guān)節(jié))、新型傳感器、高精密工業(yè)相機(jī)等),對其各部組工程優(yōu)化設(shè)計,減少工程中間各種資源損失,向成熟穩(wěn)定系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)成連續(xù)穩(wěn)定化、空間最優(yōu)化、效益最大化邁進(jìn),進(jìn)一步形成微型步進(jìn)馬達(dá)總組裝工藝的良好發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
本項(xiàng)目是在自動控制系統(tǒng)下運(yùn)行,自動設(shè)備生產(chǎn)效率是以前舊組裝工藝的數(shù)十倍,成果突出。通過對新裝配技術(shù)引用和創(chuàng)新,新穎的設(shè)計方法使占有系統(tǒng)資源最優(yōu)化,控制系統(tǒng)功能全面而又簡潔,與傳統(tǒng)的手工組裝和行業(yè)其他公司生產(chǎn)的設(shè)備相比有明顯的成本、創(chuàng)新、效益優(yōu)勢。通過本項(xiàng)目,實(shí)現(xiàn)了微型步進(jìn)馬達(dá)總工程自動組裝設(shè)備設(shè)計,目前適用于微型步進(jìn)馬達(dá)專業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備還需深入研究,各行業(yè)自主研發(fā)設(shè)備推動著電子產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的精密生產(chǎn)和批量生產(chǎn),同時有效地緩解勞動力短缺,改善工人的工作環(huán)境,模組化的設(shè)備設(shè)計,為實(shí)現(xiàn)微型步進(jìn)馬達(dá)智能制造產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。