直接插件自動成組裝配技術的研究與應用

戶 凱，馬貴斌，陳玉成，陳明山，魏 寶

(1.中航光電科技股份有限公司;2.空軍駐洛陽地區軍事代表室)

直接插件自動成組裝配技術的研究與應用

戶 凱1，馬貴斌2，陳玉成1，陳明山1，魏 寶1

(1.中航光電科技股份有限公司;2.空軍駐洛陽地區軍事代表室)

通過對某系列型號高密度直接插件產品結構和裝配工藝的分析，研發出一項自動成組裝配技術，可實現同一高度孔位上接插件的自動成組裝配。該技術的應用，最大程度降低了勞動強度，數倍甚至數十倍提高生產效率，并保證了產品裝配的質量一致性，具有較大的推廣應用價值。

直接插件;多滑道振動盤;自動成組;裝配應用

1 連接器裝配水平概述

目前，國內有數百家性質不同、規模迥異的連接器企業，絕大多數企業的裝配模式整體上大同小異，都是依靠手工裝配為主導的生產模式。這種經營模式的優點之一是適合多品種、小批量的市場需求，在一定程度上降低了企業的固定資產投入，增加了流動資金數額，有利于企業的生存發展，但同時存在質量過程不易控制、裝配效率因人而異、人工勞動強度大、不利于人員職業健康等缺點，特別是對于批量大、裝配工作量大的產品而言，這種手工作業的經營模式讓企業顯得力不從心，唯有靠增加勞動力這一人海戰術來滿足市場需求的同時，企業的利潤卻在相對下降，尤其是生產大批量的高密度接插件連接器，從長遠來看，是與社會發展、市場和企業自身盈利的需求不相適應的。所以，不斷提升裝配水平是企業立足市場競爭的重要因素，而達到這一目的的重要手段之一就是實現裝配技術的創新。

高密度直接插件連接器是一種常見的連接器，其顯著的結構特點是接插件體積小、數量多、密度大，手工裝配時工作量大，生產效率低下，人力成本投入大。結合產品特點，若能研發一種全新的、先進的裝配技術來完成該類連接器的生產裝配，對企業而言，將是一件意義重大的事情。

2 直接插件自動成組裝配技術研究及應用

2.1 自動成組技術的研究

2.1.1 產品結構分析

某系列型號的連接器產品需要用到大量的直接插件，密度大、體積小、數量多是該系列型號產品的顯著特點，且絕緣體派生尺寸較多，但對整個系列產品而言，具有規律可循:絕緣體形狀規則，孔位呈N1XN2矩陣式分布(N1≤N2，假定N1為同一高度內的孔位數)，(孔間距僅dXd)，都使用同一種規格的直接插件。需要用到的接插件數量少則幾十個，多則達數百個;接插件體積較小，最大處直徑1.3mm，最小處直徑僅0.45mm。

2.1.2 研究過程

2.1.2.1 工藝現狀及動作流程分析

某系列型號的裝配，目前靠手工完成裝配:手工將接插件逐個放入絕緣體孔內，然后再使用手扳壓力機逐個將接插件壓裝到絕緣體內。由于沒有裝配工裝可用，裝配效率低下，勞動強度大，同時壓裝力度因人而異，產品一致性較差。

2.1.2.2 思路分析

結合產品特點，是否可以將接插件自動分組，分組后再一組一組的整體進行裝配呢?這樣就可以一次性裝入多個接插件，裝配效率將得到數倍的提升。為了實現直接插件自動成組的目的，首要考慮的問題是如何將多個直接插件整齊有序排列，并且其間距要和絕緣體各排孔位間距及各排內孔位數量(N1)一一對應，需要實現將XX系列產品的6個直接插件按小端朝前、孔間距按d均布的方式排列成組，在這個前提下才有可能實現將6個已成組排列的直接插件一次性強裝到絕緣體內同一高度的全部孔內。

2.1.2.3 方案研究

目前在制造業中，振動盤制作技術已日趨成熟，考慮利用該技術實現直接插件的自動成組排列。在嘗試運用振動盤技術的過程中，經數次試驗得知，直接插件被輸送時，大端和小端朝前的幾率基本一樣，約50%，而我們需要的最終狀態是讓零件以小端朝前的方式進行輸出。根據零件自身結構特點，由振盤直接將其按整理未小端朝前的狀態不易實現，而全部按大端朝前的狀態輸出則比較容易實現。經過對振動盤不斷完善改進，最終將直接插件按大端朝前的狀態輸出，最多可以同時輸出9個直接插件，大端朝前的幾率達到100%。

某系列型號連接器產品單排孔位數在6～9之間，因此振盤上同時需要制作9個輸送料道。但將9個輸送料道制作在同一個振動盤上，一是振動盤體積大，二是各個輸送料道的輸出效率差異過大(物料越少，差異就越大;距離振動盤中心越近，輸出效率就越低)，三是需要較多的物料才可以保證各個輸送料道的輸送效率基本平衡(放置在振動盤中的直接插件至少要比實際需求數量多50%以上各料道的輸送效率才基本平衡，這實際生產應用帶來不便)。因此，只有解決或改善以上三個問題，才可能滿足實際需要。

2.1.2.4 方案優化

某系列型號產品，絕緣體內單排孔位數在6～9之間;通過前期振動盤試驗已知，料道數量越多造成的各料道輸出效率差異就越大。因此，如果將一個振盤分解為兩個振盤，只需要將兩個振盤的滑道可靠地拼在一起，這樣既解決了因振盤盤體過大需要追加過多零件的問題，同時因振盤內料道個數的減少，也縮小了料道之間輸出效率的差異，有利于提高直接插件成組的效率，從而振動盤方案得到優化，其效果如圖1所示。

圖1 優化后的振動盤方案

2.2 自動成組配技術的研究及應用

2.2.1 總體方案思路

利用已知的自動成組技術實現直接插件的自動成組裝配。

首先，鑒于某系列型號產品使用到的直接插件無法按裝配需要的狀態直接被輸出，需要將直接插件方向調轉成裝配所需要的狀態，同時需要將直接插件整理，以使其按絕緣體孔位間距排列輸出;

其次，由于直接插件自身結構原因，小端有可能插入大端的孔內，阻礙自動成組裝配的實現，必須保證相鄰直接插件之間在被調向或裝配時不能出現該種情況;

最后，在裝配過程中，必須準確判斷已成組的直接插件的數量是否達到要求，只有達到要求后才可以進行裝配。

簡要的方案流程如圖2所示:

圖2 方案流程

2.2.2 方案實施過程

依據總體構思，最終目標是研制一臺應用自動成組裝配技術的自動裝配機，實現某系列型號產品的自動裝配，其主要結構功能如下:

2.2.2.1 上料機構(圖1)

運用如前所述自動成組方案結構即圖1所示振動盤方案結構，將直接插件按大端朝前的狀態進行輸出，實現自動上料。

2.2.2.2 前端檢測和阻斷機構

該兩機構緊位于前端整理機構末端，前端檢測機構起到對直接插件數量進行識別，當滿足一定數量要求時阻斷機構動作，阻斷后續直接插件繼續前行，并保證直接插件順利成組。

2.2.2.3 調向、脫離機構(圖3)

該機構功能為:使與成組零件相鄰的直接插件不妨礙成組直接插件角度的調整;當前端檢測機構檢測到一定數量的直接插件時，調向氣缸縮回，帶動齒條做直線運動，齒輪則進行旋轉運動，當氣缸活塞桿運動到理想位置時，成組的直接插件被翻轉調整到角度α，為下一機構可靠運行提供保障。

圖3 調向、脫離機構

式中，L為氣缸實際使用的行程長度;

m為齒輪模數;

z為齒輪齒數。

2.2.2.4 后端檢測和阻斷機構

該機構主要是對直接插件進行二次自動成組，為自動裝配做充分的準備。后端數量檢測傳感器對直接插件數量進行檢測，滿足數量需求條件后，阻斷機構的氣缸帶動阻斷壓塊向下運動，阻斷后續直接插件前行，同時壓緊氣缸帶動壓緊塊向下運動，將直接插件壓緊，后由上移氣缸將直接插件送到指定高度，為自動裝配做好最后一步做準備即直接插件二次自動成組，并將直接插件保持在待裝配位置。

2.2.2.7 成組裝配機構(圖4)

既定數量的直接插件處于待裝配位置后，強裝氣缸帶動推塊安裝板，間接帶動強裝推塊前行，推塊將直接插件頂入絕緣體，完成裝配，直接插件裝入絕緣體的深度可有限位塊進行調節限制。

2.2.2.8 裝配模塊

由于產品絕緣體每排孔位數量不同，已成組待裝配的直接插件的數量又必須和每排孔位數一一對應，因此需要制作多種裝配模塊，并與不同孔位數的絕緣體對應，以滿足多種產品 的自動成組裝配需要。而要更換這些模塊，僅需通過裝配模塊上的兩個安裝孔即可實現快速更換，十分便捷。

圖4 成組裝配機構

2.2.2.9 伺服移位機構

該機構主要包含兩個功能，即絕緣體夾緊定位和絕緣體坐標移位功能。絕緣體卡槽可以滿足某系列型號絕緣體的裝夾定位，裝入后由夾緊氣缸將絕緣體夾緊，使其在卡槽內可靠定位;當第一組直接插件被裝入絕緣體孔內后，伺服電機帶動滾珠絲杠運動，將卡槽和其內的絕緣體一同向上移動一個固定的距離，實現第二組直接插件的成組裝配，直到絕緣體所有孔位裝配完畢。

經制造、裝配和調試后，最終實現了直接插件的自動成組裝配，并取得了良好的應用效果，裝配效率隨絕緣體單排孔位數的增加而增大。

3 結論

通過某系列型號產品的研究，掌握了直接插件的自動成組技術，并將該技術成功應用于實際生產當中，降低勞動強度的同時，使得該系列型號產品的生產效率得到大幅度提高，而且隨著絕緣體單排內孔位數的增加，其效率提高的倍數越大。

連接器中還有許多其它的直接插件或彎接插件，該技術在行業內具有很大的應用空間，具有很大的推廣和實用價值，值得我們繼續探索，完善和創新。

10.3969/j.issn.1000－6133.2013.02.001

TN784

A

1000－6133(2013)02－0009－03

2013－01－16

研究與設計