關于某家用電器平面軸承自動裝鋼珠裝置的研究與應用

王漢文 李 毅 白 偉 馬 星 馬 雄 葛 彬

（格力大松（宿遷）生活電器有限公司 宿遷 223800）

引言

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，各類家用電器智能化也在不斷的提高，隨之而來的各種運動部件也是越來越多，而運動部件之間往往要安裝軸承降低磨損和控制噪音。但家電企業(yè)在批量生產(chǎn)智能家電的過程中，需要大量人工去組裝各類軸承，用于部件化生產(chǎn)。在生產(chǎn)軸承時，組裝鋼珠工作相對枯燥、時間長，人力投入多，勞動強度大、操作繁瑣等因素，嚴重影響軸承的穩(wěn)定性。因此如何實現(xiàn)平面軸承鋼珠的快速、穩(wěn)定組裝，成為了各家電企業(yè)的重點研究課題。本文正是在上述背景下和需求下，研究并設計出一種單工位平面軸承自動裝鋼珠的裝置，實現(xiàn)平面軸承裝鋼珠低人力投入，高效產(chǎn)出及產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

1 平面軸承自動裝鋼珠裝置設計難點分析

1.1 平面軸承結(jié)構(gòu)分析

平面軸承，由1個注塑件（軸承支架）及6 顆鋼珠組成，厚度6 mm。在組裝時需要先將注塑件（軸承支架）固定，再將6 顆鋼珠壓入軸承支架的6個鋼珠槽內(nèi)。

平面軸承實物如圖1所示。

圖1 平面軸承

1.2 自動組裝鋼珠裝置設計難點分析

1）供料難點，原有平面軸承來料為小包來料，每個平面軸承在包裝袋內(nèi)都是隨機散亂的方式。因為平面軸承厚度較?。? mm厚），重量較輕（5 g重），且直徑較大（94 mm），而鋼珠物料為304不銹鋼材質(zhì)，通體光滑，直徑較?。? mm），滾動系數(shù)較大。

2）組裝難點，傳統(tǒng)組裝方式為人工拿取單個平面軸承（見圖1中左圖所示），再用雙手配合，通過3次按壓（每次雙手可按壓2 顆），將鋼珠逐步按壓到軸承支架內(nèi)，因為軸承支架上的鋼珠槽兩側(cè)防脫落凸臺，間距遠小于鋼珠直徑，因此人工按壓時需要按壓力非常的大，組裝過程動作非常繁瑣和枯燥，組裝效率較差。

3）控制程序設計難點，組裝機構(gòu)、供料機構(gòu)、搬運機構(gòu)這三個機構(gòu)在設計之初，就沒有傳感器檢測，整個控制邏輯全部采用延時控制，因為各機構(gòu)在工作時動作時序需要計算的特別準確，這樣就將程序設計難度增加了一倍。

2 自動組裝鋼珠裝置方案設計

2.1 自動組裝鋼珠裝置硬件組成

自動組裝平面軸承裝置硬件主要分為搬運機構(gòu)、供料機構(gòu)、組裝機構(gòu)、控制系統(tǒng)四個部分組成。該套裝置所有的邏輯控制來源于系統(tǒng)控制PLC裝置。

裝置硬件配置清單如表1，整體構(gòu)造如圖2所示。

表1 硬件配置清單

圖2 整體構(gòu)造

2.2 主要硬件設計

2.2.1 搬運機構(gòu)設計

針對平面軸承組裝的動作特殊性，專門設計一套軸承支架自動輸送的機構(gòu)，通過搬運機構(gòu)的相關部件動作，實現(xiàn)軸承支架的自動搬運，成品軸承的自動排出，同時具備避讓組裝機構(gòu)的功能。

搬運機構(gòu)見圖3所示。

2.2.2 供料機構(gòu)設計

針對平面軸承鋼珠來料的特殊性（袋裝1000 枚/袋），專門開發(fā)專用的平面軸承供料機構(gòu)，可以實現(xiàn)鋼珠的集中供料，并單獨每次6 個分離。

供料機構(gòu)見圖4所示。

圖4 供料機構(gòu)

2.2.3 組裝機構(gòu)設計

針對平面軸承鋼珠組裝的特殊性，開發(fā)專用的平面軸承鋼珠組裝機構(gòu)，可以實現(xiàn)協(xié)助供料機構(gòu)一次性定位6 顆鋼珠，并一次性壓入6 顆鋼珠。

組裝機構(gòu)見圖5所示。

圖5 組裝機構(gòu)

2.2.4 控制系統(tǒng)設計

針對平面軸承自動裝鋼珠裝置的動作流程，專門設計一套自動裝鋼珠的硬件電路，可以實現(xiàn)搬運機構(gòu)、供料機構(gòu)、組裝機構(gòu)穩(wěn)定高效運行，從而實現(xiàn)該裝置自動組裝平面軸承鋼珠。

自動裝鋼珠控制電路見圖6所示。

圖6 自動裝鋼珠控制電路

3 軟件設計

PLC邏輯控制電路集成在控制箱內(nèi)部，控制箱外側(cè)安裝有撥動開關，作為設備啟動信號使用，撥動開關見圖7所示[2]。

圖7 按鈕面板

程序設計邏輯為，當員工將平面軸承支架投放到搬運機構(gòu)定位銷上，撥動設備上的撥動開關，此時表示上料完成。

搬運機構(gòu)接收到啟動信號，送料氣缸前推，將物料送到壓接位置，同時開始計時。在搬運機構(gòu)送料氣缸前推時，如果壓接處有已組裝好物料，就會被搬運機構(gòu)定位銷推出設備。

當計時達到設定時間時，觸發(fā)組裝機構(gòu)中的壓入氣缸伸出，帶動整個組裝機構(gòu)下降，組裝機構(gòu)下降的同時，新的計時開始。此時組裝機構(gòu)將搬運機構(gòu)上部的定位銷釘壓到搬運機構(gòu)上部滑座內(nèi)，確保物料被壓住，無移位。

當組裝機構(gòu)下壓計時到達設定時間時，搬運機構(gòu)中的機避讓氣缸縮回，將定位銷子拉到下部，避讓供料機構(gòu)中的供料凸輪，同時新的計時開始。

當搬運機構(gòu)避讓計時達到時，搬運機構(gòu)送料氣缸縮回，帶動整個搬運機構(gòu)后撤，同時新的計時開始。

當搬運機構(gòu)后撤計時達到設定時間時，同時觸發(fā)避讓氣缸伸出及供料機構(gòu)中的供料氣缸伸出，當供料機構(gòu)中的供料氣缸伸出，同時新的計時開始。供料機構(gòu)中的供料氣缸伸出，帶動供料凸輪伸出，供料舌頭在復位彈簧的作用下后退，鋼珠受重力作用，會沿著組裝機構(gòu)內(nèi)部預留的通道，落到平面軸承支架上的鋼珠槽上。

當供料氣缸伸出計時達到設定時間時，供料機構(gòu)中的供料氣缸縮回，同時新的計時開始。供料機構(gòu)中的供料氣缸縮回，帶動供料凸輪縮回，擠壓供料舌頭前進，迫使相互接觸的鋼珠分離，同時新的計時開始。

當供料氣缸縮回計時達到設定時間時，組裝機構(gòu)中的壓入氣缸縮回，帶動整個組裝機構(gòu)上升，組裝機構(gòu)上升，同時新的計時開始。此時組裝機構(gòu)將供料機構(gòu)及料斗內(nèi)的物料整個抬升一定高度積蓄勢能。

當組裝氣缸縮回計時達到設定時間時，程序會控制組裝氣缸伸出，此時整個組裝機構(gòu)中的壓入平板，會在氣缸和重力的作用下快速下降，快速砸到6 顆鋼珠上，迫使鋼珠進入軸承支架上的鋼珠槽內(nèi)，同時新的計時開始了。

當組裝氣缸伸出計時達到設定時間時，程序控制組裝機構(gòu)中的壓入氣缸縮回，帶動整個組裝機構(gòu)上升，組裝機構(gòu)上升，此時整個循環(huán)結(jié)束。

PLC邏輯運算指令如圖8、圖9所示[3]。

圖8 PLC邏輯運算指令

圖9 PLC邏輯運算指令

4 設計驗證及使用維護

4.1 設計驗證

根據(jù)上文設計原理，軸承自動裝鋼珠裝置進行制作、驗證。該工裝共開發(fā)2套，組裝效率由人工單個組裝的6 S/PCS降至4 S/PCS，效率大大提升，同時員工操作難度大大減少，勞動強度明顯減輕。裝置運行可靠，各硬件匹配良好，產(chǎn)品產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，滿足設計要求。

4.2 日常使用維護

軸承自動裝鋼珠裝置使用前必須接入壓縮空氣，氣壓調(diào)整在0.5 kPa左右。接入AC 220 V電源，手動投放軸承料斗內(nèi)中，在投入軸承支架，測試單個運行點檢，監(jiān)測無異常即可用于生產(chǎn)工作。使用完畢后，需將治具妥善保存不能磕碰避免損壞。

5 總結(jié)

軸承自動裝鋼珠裝置實現(xiàn)了軸承支架自動上料，自動組裝，自動排料功能，解放員工由原先的手動組裝軸承的工作，變成只需要人工投料設備自動組裝的工作，設備操作簡單，運行可靠具有良好的推廣性。通過以上軟硬件的設計，不僅大大降低了軸承組裝的人力投入成本及勞動強度，同時對家電行業(yè)軸承自動組裝自動化推進具有較高的指導意義。