小孔徑高效分選機的開發及應用

□ 郭起躍 □ 秦曉鋒

長空精密機械制造公司 陜西漢中 723102

我公司生產的小模數齒輪工件孔徑大多為φ1.5～φ5 mm，圖紙要求孔徑公差一般不大于0.010 mm。客戶要求該孔與客戶端軸工件配合的過盈量必須穩定在0.005～0.012 mm范圍內，否則裝機后外部齒輪會偶然出現開裂或打滑等嚴重的質量問題。考慮到客戶端軸外圓存在0.002 mm的加工公差，這就必須使孔的公差保證在0.005 mm以內，而我公司目前的設備及刀具無法穩定地大批量生產如此高精度的內孔。

為了既能保證裝配精度，又能采用經濟的加工精度，經雙方協商后決定采用分組裝配法，客戶根據我方工件孔徑分組檢驗結果來加工軸。分組裝配法是工程中常用的裝配方法，能夠擴大裝配組成環的公差，使工件能夠按照經濟精度加工。因此需要在檢驗時對我公司生產的齒輪工件內孔進行分組，而此類工件年產量超過3 000萬件，采用人工分組效率低、成本高且準確率不夠高。為此，我公司開發了一臺高效的孔徑自動分選機，實現了對大批量小孔徑工件內孔直徑的自動分組。

1 檢驗分選原理

1.1 孔徑組的劃分

1.1.1 分組數的確定

因采用分組裝配，所以工件公差仍然按照0.010 mm進行控制。由于產品裝配要求的過盈量在0.005～0.012 mm范圍內，且客戶端軸外圓存在0.002 mm的加工公差，裝配精度要求高；同時由于工件孔徑較小（φ1.5～φ5 mm），所以為了檢驗方便，分組數不宜過多，將孔徑尺寸分為兩組。

1.1.2 分組界限的確定

經過前期對孔徑尺寸的統計，可見尺寸基本呈正態分布，因此，以工件孔徑公差（0.010 mm）的1/2為界進行劃分，即：

第一組，φD-0.005～φD；

第二組，φD-0.010～φD-0.005。

▲圖1 檢驗分選示意圖

1.2 分選原理

由于工件孔徑尺寸只分了兩組，所以檢驗分選就變得非常簡單。

1.2.1 分選探頭設計

工件尺寸的分選界限為φD-0.005，以此尺寸設計圓柱形探頭（類似于塞規），前段為錐度探測導向，如圖1（a）所示。如果分選探頭能夠通過工件孔徑，則該工件尺寸處于第一組，如圖1（b）所示；若分選探頭不能通過工件孔徑，則該工件尺寸處于第二組，如圖1（c）所示。

1.2.2 分選工藝流程

根據工件孔徑分選的自動化要求，制訂分選工藝流程，如圖2所示。

（1）上料：由于工件尺寸較小，所以采用人工無序上料；

（2）排序傳送：將無序的工件排列整齊并傳送至分選工作臺；

（3）工件定位：將工件準確定位至分選探頭正下方，同時考慮一定范圍的浮動，以防定位不準確導致損壞探頭和工件；

▲圖2 檢驗分選示意圖

（4）探測分選：探頭向下運動探測工件孔徑，進行分選，并分別送入各自料斗。

2 分選機開發

為了實現上述自動分選工藝流程，開發的孔徑自動分選機如圖3所示。

2.1 系統組成

分選機主要由4部分組成，分別為自動送料系統、工件定位系統、檢測分選系統和電氣控制系統。

2.1.1 自動送料系統

該系統主要由振動盤及導料槽組成，主要功能是使被測工件從無序雜亂的狀態，變為豎直排列整齊，并以均勻的速度傳送給檢測機構。為了提高分選效率，由振動盤送出的工件通過3個導料槽輸送，每個工作節拍可同時檢測分選3個工件。

2.1.2 工件定位系統

該系統主要由工件定位板、橫向定位氣缸、縱向定位氣缸組成。工件定位板由左右兩部分組成，分別開設3個半圓定位槽，在橫向定位氣缸和縱向定位氣缸的帶動下，往復運動實現定位。右半部分將工件從導料槽準確送至檢測探頭正下方，左半部分將檢測后的工件從檢測位置送至分選處進行分選。

2.1.3 檢測分選系統

該系統主要由探測氣缸、分選探頭和3個分選氣缸組成。工件到位后，探測氣缸帶動分選探頭下行，當工件尺寸處于第一組時，分選探頭通過工件孔下移，當工件尺寸處于第二組時，分選探頭不能通過工件孔，分選探頭桿接近下移的霍爾元件傳感器，發出指令信號。工件定位系統將檢測過的3個工件送至分選處3個對應的位置，由3個分選氣缸執行分選。

▲圖3 孔徑自動分選機

2.1.4 電氣控制系統

該系統主要由可編程控制器（PLC）、電磁閥和數個控制開關組成，主要作用是通過電磁閥實現對各個氣缸的自動控制，并協調分選工藝流程的節拍。

2.2 系統工作過程

系統工作時，按照以下幾個節拍實現對工件的自動檢測分選。

（1）振動盤將工件通過導料槽送至檢測工作臺；

（2）縱向定位氣缸帶動工件定位板右移至右位，橫向定位氣缸帶動工件定位板前進，工件定位板右側定位槽卡住3個工件，縱向定位氣缸帶動工件定位板左移至左位，工件定位板右側的3個工件處于分選探頭正下方；

（3）探測氣缸帶動分選探頭下移探測，若工件尺寸處于第二組時，分選探頭不能通過工件孔，分選探頭桿被止住，與下移的霍爾元件傳感器感應，發出指令信號，然后分選氣缸帶動分選探頭上移退回；

（4）橫向定位氣缸帶動工件定位板后退，然后執行第（2）步工作過程，在這個過程中，工件定位板左側定位槽將第（3）步檢測過的3個工件送至分選處；

（5）對應的3個分選氣缸，根據第（3）步發出指令信號執行分選，如果工件尺寸處于第一組時，對應的霍爾元件傳感器沒有信號發出，分選氣缸不動作，工件沿著第一組尺寸工件通道被推入第一組料斗，如果工件尺寸處于第二組時，對應的霍爾元件傳感器發出信號，分選氣缸動作，拉開對應工件下方拉板，工件掉入第二組料斗；同時進行第（3）步。

分選機按照上述節拍自動循環檢測分選，將被測工件分成兩組。

3 結論

開發的分選機分選效率高，是人工分選的10倍以上，且分選穩定性及準確度高。目前，我公司已使用該設備分選工件總數超過5 000萬件，經過客戶裝機后，未出現齒輪打滑或開裂問題。該設備的成功開發和使用，為公司每年節約內外部的質量管理成本超過30萬元。該設備成本低，操作簡單，勞動強度低。同時，只需要更換分選探頭、導料槽以及工件定位板，就可實現其它工件的分選，有一定的推廣價值。