有裝球缺口深溝球軸承自動裝球機的研制

楊湘達， 王連吉，李興林，溫春盛，王續躍

(1.大連理工大學 機械工程學院，遼寧 大連 116023；2.杭州軸承試驗研究中心有限公司，杭州 310022；3.瓦房店軸承集團有限責任公司，遼寧 瓦房店 116300)

軸承工業發達國家將自動裝配線作為保證產品質量、提高生產效率、改善操作條件的突破口而大力開發和應用[1-2]。國外少數發達國家已經實現了從軸承零件生產加工到軸承裝配以及最后的成品軸承的檢測包裝的自動化[3]。我國在軸承自動裝配方面起步較晚，裝球多采用手工裝配，不僅勞動強度大、生產效率低，而且嚴重影響了軸承自動裝配生產線的推廣和應用[4-5]。

深溝球軸承結構簡單，主要用于承受徑向載荷，也可承受一定的軸向載荷[6]。有裝球缺口的深溝球軸承比標準型深溝球軸承徑向承載能力大，因此需求量增加很快[7]。隨著此類軸承的批量化，軸承裝配過程中的手工裝球就顯現出了生產效率低的弱點。因此，研制了一種適用于有裝球缺口的深溝球軸承自動裝球機，下文以6309軸承(內、外圈均帶有裝球缺口，鋼球直徑為17.463 mm)為例，介紹裝球機的機械結構和電氣控制系統。

1 結構設計

1.1 整體結構

自動裝球機主要有上料裝置、內外圈定位裝置、自動檢測裝置、自動裝配裝置等組成，整體結構如圖1所示。

1—上料裝置；2—外圈定位裝置；3—內圈定位裝置；4—撥球裝置；5—裝球裝置；6—檢測裝置；7—送球裝置；8—出料裝置；9—排料裝置

1.2 工作過程

自動裝球機工作原理如圖2所示，其工作過程如下。

圖2 軸承自動裝球機工作原理圖

(1)內、外圈上料。手工填裝鋼球后，由傳送帶將已預裝球的軸承送至上料裝置，上料氣缸帶動推動塊將其送至內、外圈定位裝置處。軸承預裝球時球不能在同一側，至少要有一個球與其他球對稱，使內圈與外圈保持同心。

(2)自動定位和檢測。外圈通過外圈定位裝置中的定位氣缸和夾緊氣缸實現定位；內圈通過內圈定位裝置中的定位氣缸實現定位；由自動檢測裝置中的光纖傳感器檢測內、外圈裝球口，使內圈裝球口與外圈裝球口對正，便于軸承裝球。

(3)自動裝配包括自動撥球、送球和裝球。內、外圈定位后，由自動撥球裝置的撥球氣缸帶動撥球板進行自動撥球，以便留出空位進行下一步裝球操作；撥出空位后，由自動送球裝置的送球氣缸帶動送球機構送球，使鋼球滾至已對正好的裝球口處；自動裝球裝置的沖壓桿在主壓頭氣缸的帶動下進行自動裝球，6309深溝球軸承共需要裝入11個鋼球，手工裝入7個，剩余4個由自動裝球設備重復撥球、裝球4次，完成一套軸承的裝球。

(4)自動出料。軸承裝好球后，由自動出料裝置將軸承推至出料板，依靠自身重力經出料板的下底板出料。

(5)自動排料。軸承經下料板進入自動排料裝置的排料座，由排料氣缸帶動推板將軸承逐一推至排料座上的重塊處。

(6)串桿下料。當排料道排滿18套軸承時，手工串桿將軸承取出。

1.3 自動定位裝置

內、外圈自動定位裝置如圖3所示。其工作原理為：待裝球軸承被送入工作臺后，外圈基準定位裝置伸出，外圈定位連桿通過與其連接的氣缸活塞桿的伸出而定位軸承外圈，下部的齒輪轉動即可帶動軸承外圈一起旋轉；內圈定位轉頭向下運動，通過內圈定位轉頭的軸肩來定位內圈，定位轉頭旋轉可帶動內圈轉動；置于內、外圈定位裝置上的光纖傳感器分別向內、外圈發射光信號，同時采集返回信號，當檢測到內、外圈裝球口均處于指定位置時，內、外圈定位裝置停止轉動，等待進行下一步工序。

1—連桿；2—待裝球軸承；3—定位轉頭；4—外圈基準定位裝置

1.4 自動撥球、裝球裝置

自動撥球、裝球裝置如圖4所示。其工作原理為：PLC控制自動撥球裝置，撥球氣缸下行，與之連接的撥球滑塊向下運動，帶動撥球板向下進行一次撥球，留出空位，等待下一次裝球；PLC控制自動裝球裝置，主壓頭氣缸下行，與之連接的沖壓塊向下移動，帶動沖壓桿向下進行一次裝球；重復撥球、裝球4次，完成一套軸承的裝球。若出現裝球故障或料筒內無鋼球時，系統自動故障停機，杜絕漏裝或不合格品流入下一工序。

1—主壓頭氣缸；2—撥球氣缸；3—沖壓塊；4—撥球滑塊；5—沖壓桿；6—撥球板

2 電氣控制系統

系統基于PLC控制，完成軸承自動上料、定位、檢測、裝球、下料的操作，實現了軸承裝配的自動化，提高了檢測精度和生產效率[8-9]。

控制系統硬件由CP1H-M40DR-A可編程控制器、KEYENCE光纖傳感器、伺服電動機、多規格和型號的氣缸、接近開關、磁性開關、傳送帶電動機和電磁閥等組成。

控制系統根據該設備所需的數字量輸入(DI) 點和數字量輸出(DO) 點，在滿足控制邏輯點數的前提下，根據PLC的性能和特點，選擇OMRON可編程控制器作為系統控制單元[10]。PLC控制系統邏輯框圖如圖5所示。PLC接線圖如圖6所示。

圖5 控制系統邏輯框圖

圖6 PLC接線圖

圖7為氣動原理圖，整機氣路圖中電磁閥4V21001～4V21011在節點Ⅰ處采用并聯方式連接，每個電磁閥對應一個氣缸。

圖7 氣動原理圖

3 結束語

研制的有裝球缺口深溝球軸承自動裝球機已投入實際生產使用，運行良好。裝球成功率可達98%，裝球平均速度為11s /個，降低了人工勞動強度，提高了生產效率和自動化程度。PLC和伺服閉環控制系統保證了裝配精度，同時也滿足了工作平穩和安全可靠的要求。設備調整方便，通用性較強，通過調換轉盤和定位轉頭可實現其他型號深溝球軸承的自動裝配。