臥式蒙套自動(dòng)壓裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

唐 亮

（廣東省機(jī)械研究所，廣東廣州 510635）

0 引言

在微電機(jī)行業(yè)，轉(zhuǎn)子涂敷[1]前，轉(zhuǎn)子的軸等不需要涂敷的區(qū)域需要蒙套（夾具）對(duì)軸進(jìn)行保護(hù)。在全自動(dòng)涂敷線中，蒙套的自動(dòng)壓裝系統(tǒng)對(duì)涂敷尺寸、質(zhì)量的穩(wěn)定起著非常關(guān)鍵的作用。結(jié)合某單位全自動(dòng)涂敷線的情況及終端用戶對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍的要求，設(shè)計(jì)了一套臥式蒙套自動(dòng)壓裝系統(tǒng)。

1 功能概述

蒙套的壓裝分為手動(dòng)壓裝和自動(dòng)壓裝，在自動(dòng)壓裝設(shè)備中均采用立式壓裝方式，其主要缺陷在占地面積大，效率相對(duì)較低，與涂敷線的集成度不高。臥式蒙套自動(dòng)壓裝系統(tǒng)很好地解決了以上問(wèn)題。該臥式蒙套自動(dòng)壓裝系統(tǒng)布局如圖1所示，其主要分為上下料模塊、轉(zhuǎn)子定位模塊、壓裝模塊和蒙套接料模塊4個(gè)功能模塊，轉(zhuǎn)子壓裝蒙套后的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（1） 上、下料模塊。由于該系統(tǒng)銜接線體前端的自動(dòng)入軸設(shè)備及后續(xù)的涂敷主機(jī)，根據(jù)項(xiàng)目的需求，上、下料模塊包含了轉(zhuǎn)子輸送線[2]、機(jī)器人、機(jī)器人夾具及下料中轉(zhuǎn)平臺(tái)4大主要功能部件。

圖1 壓裝系統(tǒng)布局圖

（2） 轉(zhuǎn)子定位模塊。該模塊主要在蒙套壓裝前將轉(zhuǎn)子進(jìn)行定位，由于轉(zhuǎn)子長(zhǎng)軸側(cè)一端的軸比較長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子在蒙套壓裝過(guò)程中轉(zhuǎn)子會(huì)存在軸向力，因此轉(zhuǎn)子定位模塊中包含了轉(zhuǎn)子定位模具、轉(zhuǎn)子壓緊機(jī)構(gòu)及長(zhǎng)軸側(cè)的輔助定位機(jī)構(gòu)3大主要功能部件。

（3） 轉(zhuǎn)子壓裝模塊。根據(jù)轉(zhuǎn)子規(guī)格的多樣性，蒙套的壓裝尺寸可根據(jù)涂敷尺寸自動(dòng)調(diào)整，同時(shí)為保證蒙套壓裝質(zhì)量及節(jié)拍，壓裝系統(tǒng)中設(shè)置了蒙套在不同壓入過(guò)程中的壓裝速度可調(diào)節(jié)的功能。轉(zhuǎn)子壓裝模塊主要包含伺服壓裝機(jī)構(gòu)和壓裝塊2個(gè)主要功能部件。

（4） 蒙套接料模塊。由于該系統(tǒng)為自動(dòng)壓裝系統(tǒng)，蒙套的需采用自動(dòng)供料方式上料，以實(shí)現(xiàn)過(guò)程自動(dòng)化。蒙套接料模塊主要包含雙級(jí)接料滑臺(tái)和蒙套導(dǎo)機(jī)構(gòu)2個(gè)主要功能部件。

圖2 帶蒙套轉(zhuǎn)子

2 動(dòng)作流程設(shè)計(jì)

根據(jù)前后設(shè)備的銜接方式及生產(chǎn)節(jié)拍，蒙套自動(dòng)壓裝系統(tǒng)采用雙工位形式，即一次同時(shí)完成2個(gè)轉(zhuǎn)子的蒙套壓裝，系統(tǒng)的動(dòng)作流程設(shè)計(jì)如下：

（1）上、下料模塊的轉(zhuǎn)子輸送線體，將已經(jīng)壓好軸的轉(zhuǎn)子以水平放置的形式輸送到機(jī)器人取料位；

（2）蒙套接料模塊將完成蒙套的自動(dòng)上料，并在壓裝機(jī)構(gòu)取蒙套位等待；

（3）機(jī)器人帶動(dòng)夾具（雙工位）移動(dòng)到轉(zhuǎn)子輸送線的取料位置；

（4）機(jī)器人夾具夾取工件并移動(dòng)至轉(zhuǎn)子定位模塊的定位槽；

（5）轉(zhuǎn)子定位模塊壓緊機(jī)構(gòu)將工件定位、壓緊；

（6）首件壓裝時(shí)，機(jī)器人需重復(fù)動(dòng)作（3）、（4），并在壓裝位上方等待；

（7）轉(zhuǎn)子壓裝模塊壓塊機(jī)構(gòu)分別取兩側(cè)長(zhǎng)、短蒙套，并將蒙套移動(dòng)至滑動(dòng)槽上；

（7）伺服壓裝機(jī)構(gòu)將蒙套壓入工件，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)子規(guī)格設(shè)定壓入深度；

（8）伺服壓裝機(jī)構(gòu)壓入完成后，轉(zhuǎn)子定位模塊壓緊機(jī)構(gòu)將松開(kāi)并移至一側(cè)；

（9）機(jī)器人將已經(jīng)壓好蒙套的轉(zhuǎn)子取出，將未壓蒙套的轉(zhuǎn)子放入定位模塊的定位槽；

（10）將已經(jīng)壓好蒙套的轉(zhuǎn)子移動(dòng)到涂敷線體的中轉(zhuǎn)夾具上，中轉(zhuǎn)夾具將工件放置在涂敷線的輸送螺桿上，進(jìn)入涂敷工序。

3 關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)及機(jī)器人選型

在上、下料模塊中，機(jī)器人夾具的設(shè)計(jì)[3]及機(jī)器人的選型[4]是重點(diǎn)。根據(jù)項(xiàng)目的需求及系統(tǒng)的布局圖，由于一次同時(shí)壓裝2個(gè)轉(zhuǎn)子，根據(jù)轉(zhuǎn)子材料，疊片直徑、厚度，軸直徑大小分析，整個(gè)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量約150～200 g，取轉(zhuǎn)子質(zhì)量最大值200 g、轉(zhuǎn)子直徑?30 mm作為設(shè)計(jì)夾爪的基本參數(shù)，夾爪氣缸根據(jù)輸出力大小、行程及預(yù)留安全系數(shù)等，夾爪選用缸徑16 mm，單夾爪行程5 mm的Festo平行氣爪[5]，配合連接機(jī)器人、夾塊等附件，最終設(shè)計(jì)定型如圖3所示。為保證生產(chǎn)節(jié)拍，機(jī)器人夾具采用了雙工位設(shè)計(jì)。

機(jī)器人的選型，根據(jù)機(jī)器人在系統(tǒng)中的工作范圍、夾具的重量、系統(tǒng)要求的重復(fù)定位精度、生產(chǎn)節(jié)拍等綜合因素，選定了小型高速機(jī)器人ABB IBR 1200-5/0.9，其額定負(fù)載5 kg，工作半徑R=901 mm，重復(fù)定位精度±0.025 mm，其性能參數(shù)完全滿足系統(tǒng)的需求。

圖3 機(jī)器人夾具

3.2 伺服壓裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)壓裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求，在轉(zhuǎn)子規(guī)格變化時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整蒙套的壓入尺寸，轉(zhuǎn)子壓裝模塊中的壓裝機(jī)構(gòu)采用了伺服驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)[6]。

為保證帶蒙套的轉(zhuǎn)子在涂敷過(guò)程中蒙套不會(huì)發(fā)生脫離，蒙套在設(shè)計(jì)時(shí)孔的尺寸比軸偏小0.1～0.15 mm，通過(guò)樣件試制并做壓入試驗(yàn)，單個(gè)蒙套壓入阻力20 N≤F≤35 N，在這個(gè)范圍內(nèi)蒙套與軸的松緊度適中，不會(huì)發(fā)生脫落現(xiàn)象。根據(jù)壓裝負(fù)載、生產(chǎn)節(jié)拍、驅(qū)動(dòng)方式設(shè)計(jì)了伺服壓裝機(jī)構(gòu)，如圖4所示。

根據(jù)負(fù)載特性，壓蒙套時(shí)，壓裝機(jī)構(gòu)受外力70N，受力點(diǎn)到滑塊的距離245 mm，同時(shí)綜合考慮加減速時(shí)間、裝配公差、摩擦因數(shù)、安全系數(shù)等因素，壓裝機(jī)構(gòu)在經(jīng)過(guò)選型計(jì)算[5]后，其主要零件參數(shù)確定為：伺服電機(jī)選用400 W，減速機(jī)選用速比i=5，滾珠絲杠直徑16 mm，導(dǎo)程16 mm。

圖4 伺服壓裝機(jī)構(gòu)

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，臥式蒙套自動(dòng)壓裝系統(tǒng)具有占地小、自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，該系統(tǒng)的目前已經(jīng)研發(fā)成功并在終端用戶實(shí)際生產(chǎn)使用，其效率和壓裝質(zhì)量均滿足生產(chǎn)要求。該系統(tǒng)的投用使用，進(jìn)一步推動(dòng)了高效、全自動(dòng)轉(zhuǎn)子生產(chǎn)線推廣及使用，對(duì)微電機(jī)行業(yè)的升級(jí)改造及無(wú)人化自動(dòng)生產(chǎn)線的普及起到非常積極的促進(jìn)作用。