鐘表機芯柄軸與柄帽自動裝配設備的研發(fā)

洪 浩

(福建工程學院機械與汽車工程學院，福州 360118)

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

針對以上問題，本文開展鐘表柄軸與柄帽自動裝配設備的設計，實現(xiàn)自動裝配，不碰傷人手，裝配尺寸穩(wěn)定，節(jié)約人力成本。

1 總體設計思路

1.1 裝配對象簡介

以鐘表柄軸與柄帽的裝配設備為研究對象，柄軸壓配部分軸徑為0.9 mm，壓入深度2.5 mm，與柄帽配合為過盈配合。柄帽有2種規(guī)格，大的為臺階軸，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 裝配設備的設計原理

為了有效避免快速壓配過程引起的柄軸折斷，采用柄軸與柄帽在同一個模具中裝配，柄軸用定位工裝限位和保護，并采用柄軸固定、柄帽相對柄軸移動的裝配方式，調(diào)整柄帽軌道夾角就可以調(diào)整裝配時間和壓入速度，可以有效地避免柄軸被壓彎或折斷。2個零件用直線上料機構(gòu)分別送料，進入定位模具后在裝配過程中2個零件一起同向運動，逐步縮小2個零件之間的距離，直到達到裝配要求。柄軸與柄帽裝配過程示意圖見圖2。

圖1 柄軸與柄帽的裝配尺寸圖

圖2 柄軸與柄帽裝配過程示意圖

裝配過程為連續(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:工件裝配前后無效零件的判斷和處理，保證被裝配零件的方向性;送料機與裝配工裝之間的動作協(xié)調(diào)，實現(xiàn)精密零件的自動送料;裝配過程的力源設計。

2 零部件的設計

2.1 裝配導向裝置

該裝置采用4個V型塊和4個彈簧組成，V型塊用來定位柄帽和柄軸，從而夾緊零件。彈簧主要起到保護減震作用，避免零件在輸送過程中損壞，如圖3所示。該機構(gòu)分布在整個輸送帶上，一個導向機構(gòu)定位一個零件，輸送帶上均勻分布了多個導向機構(gòu)，從而提高輸送效率。

圖3 柄軸與柄帽裝配導向裝置

2.2 裝配力源裝置

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

2.3 自動上料裝置

自動上料裝置是自動裝配中一種相對獨立的環(huán)節(jié)，但是它決定了整個系統(tǒng)的效率。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點，該機構(gòu)通過振動盤將零件震動上料，設計一種自動定向排序的送料設備。其工作原理是根據(jù)精密零件的特點通過振動將雜亂無序的工件自動有序定向排列整齊、準確地輸送到裝配工序。自動送料振動盤的料斗下面有個脈沖電磁鐵，可以使料斗垂直方向振動，由于彈簧片的傾斜，使料斗繞其垂直軸做扭擺振動。料斗內(nèi)零件，由于受到這種振動，沿螺旋軌道上升，直到送到出料口，柄軸和柄帽的自動上料裝置如圖4所示。

圖4 柄軸和柄帽的自動上料裝置

3 產(chǎn)品的三維模型

基于以上的設計，采用Pro/E構(gòu)建了自動裝配設備的三維模型，并通過運動仿真，初步驗證了設備試制的可能性。三維模型如圖5、圖6所示。

圖5 自動裝配設備前側(cè)模型

圖6 自動裝配設備后側(cè)模型

4 裝配設備的工效計算及試制的實驗與效果

裝配設備的工效計算:

裝配線中兩套相臨工裝間距:s=10 mm;

滑動V型塊移動距離:s1=4 mm;

主電機轉(zhuǎn)速:n=10 r/min;

主傳動同步帶輪計算外徑:D=60.83 mm;

裝配區(qū)長度:L=180 mm。

裝配線速度:

工件移動兩工位的時間:

工件通過裝配區(qū)的時間:

每小時裝配的數(shù)量:

通過產(chǎn)品的試制，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)裝配，并且廢品率非常低，基本不會出現(xiàn)柄軸折斷問題，上料裝置的供料速度遠遠高于裝配裝置，通過精準調(diào)試，整條裝配線可實現(xiàn)每小時12 000對以上的裝配速度，生產(chǎn)率超過現(xiàn)有裝配方法的4倍，能夠有效解決鐘表行業(yè)自動裝配的瓶頸問題。

5 結(jié)語

研發(fā)了一種鐘表柄軸與柄帽自動裝配設備，該設備能夠根據(jù)零件特點，實現(xiàn)精密零件的自動上料，提高裝配效率的同時保證裝配的精度。通過產(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，實現(xiàn)柄軸與柄帽的自動裝配，替代進口設備，同時提高了裝配精度，節(jié)約了人力成本。

［1］陳滿足，胡國清，欒厚寶.鐘表分輪自動裝配機的設計與實現(xiàn)［J］.機械制造與自動化，2009，38(1):144-146.

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