深溝球軸承自動(dòng)裝配機(jī)合套系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

趙春輝

（無(wú)錫技師學(xué)院（立信中專），江蘇 無(wú)錫214153）

0　引言

本市很多軸承廠是微型軸承制造公司。這些企業(yè)軸承的產(chǎn)量很大，傳統(tǒng)的手工裝配效率太低，因此研制自動(dòng)裝配線成為提高生產(chǎn)率的一個(gè)重要方面[1]。針對(duì)某企業(yè)生產(chǎn)的型號(hào)為619/9的深溝球軸承，研究該軸承自動(dòng)裝配機(jī)中的合套系統(tǒng)，以有效地提高其自動(dòng)裝配的精度和速度[2]。619/9型常用參數(shù)見表1.它的尺寸見圖1.

表1619　/9型軸承基本參數(shù)

圖1　深溝球軸承

本文主要闡述深溝球軸承自動(dòng)裝配機(jī)合套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)構(gòu)成如圖2所示，該系統(tǒng)是自動(dòng)裝配機(jī)的第一大部分，主要完成深溝球軸承三大基礎(chǔ)件（外圈、內(nèi)圈及滾動(dòng)體）裝配位置的確定，研究該系統(tǒng)的目的在于保證和穩(wěn)定該類產(chǎn)品的品質(zhì)、提高生產(chǎn)效率，以適應(yīng)國(guó)際市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)[3-4]。

1　合套系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)

軸承合套系統(tǒng)主要的模塊：內(nèi)外圈的進(jìn)料模塊、內(nèi)外圈的合套模塊、滾動(dòng)體（滾珠等）的入料模塊。這三大模塊中，共有8個(gè)主要機(jī)構(gòu)協(xié)同運(yùn)動(dòng)進(jìn)行本設(shè)備的合套運(yùn)動(dòng)。該合套系統(tǒng)就要求完成的以下功能：

（1）內(nèi)、外圈進(jìn)入所需的位置。

（2）內(nèi)、外圈尺寸的測(cè)量。

（3）機(jī)械手自動(dòng)夾緊定位。

（4）根據(jù)游隙自動(dòng)輸送滾珠。

（5）自動(dòng)送料。

總體的模塊如下圖2所示。

圖2　深溝球軸承自動(dòng)裝配機(jī)合套系統(tǒng)總體模塊

合套裝置的總體機(jī)械部分見圖3，其主要由外圈進(jìn)料機(jī)構(gòu)、內(nèi)圈進(jìn)料機(jī)構(gòu)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)構(gòu)成[5]。

圖3　深溝球軸承自動(dòng)裝配機(jī)合套系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

2　主要部件機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軸承合套系統(tǒng)的主要模塊是內(nèi)外圈的進(jìn)料模塊，本節(jié)主要介紹該模塊的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.1　外圈進(jìn)料機(jī)構(gòu)

在軸承外圈入料機(jī)構(gòu)中，需要操作者將軸承外圈放置于機(jī)械手能夠夾持的位置，有以下兩種方式實(shí)現(xiàn)裝置：料倉(cāng)式上料和料斗式上料裝置[5]。

（1）料倉(cāng)式上料裝置

該設(shè)備是半自動(dòng)設(shè)備，主體見圖4（a）。裝置有以下特點(diǎn)：1）不能讓零件自己定位，它需要人手工操作將其放在固定的料倉(cāng)，最終再通過設(shè)備把零件一個(gè)個(gè)放到工裝里面；2）該裝置較為方便。工作非常安全、適用、耐久。

（2）料斗式上料機(jī)構(gòu)

其結(jié)構(gòu)如圖4（b）所示。料斗式上料裝置的工作方式為：1）操作者把一個(gè)一個(gè)的工件一批批地隨意的倒進(jìn)料斗中，其固定方向的機(jī)構(gòu)便將無(wú)規(guī)則放置的工件自動(dòng)確定方向。目的是使各個(gè)工件按照預(yù)定的方向自動(dòng)進(jìn)行排列，并使其按照預(yù)計(jì)的頻率將工件送進(jìn)機(jī)床夾具；2）那些未固定方向的工件便被退出并重新放回料斗，該設(shè)備的自動(dòng)化水平非常高。

圖4　料倉(cāng)式與料斗式上料機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

對(duì)比可知：料倉(cāng)式適合工件形狀難度高，尺寸大，重量重，加工時(shí)間長(zhǎng)的場(chǎng)合；料斗式適合工件形狀難度易，尺寸小，重量輕，加工時(shí)間短，且需要經(jīng)常進(jìn)料的場(chǎng)合。由于本文選用軸承為619/9型深溝球軸承，其外圈直徑為20 mm，屬于形狀比較簡(jiǎn)單、重量輕的零件，選用料斗式上料機(jī)構(gòu)為最佳選擇。

但是料斗式機(jī)構(gòu)容易損傷軸承外圈，必須在該機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)才能使用。外圈進(jìn)料機(jī)構(gòu)改進(jìn)結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要由推料板、外圈進(jìn)料滾道、進(jìn)料轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)盤電機(jī)、推料氣缸等組成。

圖5　外圈進(jìn)料機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成

改進(jìn)后機(jī)構(gòu)工作原理：初期外圈可以隨意的放進(jìn)進(jìn)料轉(zhuǎn)盤中。轉(zhuǎn)盤電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)中央的轉(zhuǎn)盤運(yùn)動(dòng)，利用進(jìn)料轉(zhuǎn)盤中間的錐板將外圈依次排列整齊。通過進(jìn)料轉(zhuǎn)盤側(cè)邊的隔板裝置將外圈導(dǎo)入外圈進(jìn)料滾道。當(dāng)外圈通過滾道進(jìn)入推料板后，推料氣缸便開始動(dòng)作。該機(jī)構(gòu)的動(dòng)作是將外圈推到指定位置后，再返回原先的位置。在指定位置的外圈被下一步工序取走后，它再次運(yùn)動(dòng)推下一個(gè)外圈到該位置。

2.2　內(nèi)圈進(jìn)料機(jī)構(gòu)

內(nèi)圈進(jìn)料機(jī)構(gòu)與外圈進(jìn)料機(jī)構(gòu)有很大的區(qū)別，內(nèi)圈在裝配時(shí)候主要保證裝配外徑精度，需要檢測(cè)的是其外徑尺寸。而使用與外圈進(jìn)料機(jī)構(gòu)相同的方式（如料倉(cāng)式或者料斗式），則會(huì)在自動(dòng)進(jìn)料時(shí)候損壞內(nèi)圈外徑，故可以排除外圈進(jìn)料的兩種進(jìn)料方式。

內(nèi)圈進(jìn)料主要考慮的因素的內(nèi)圈外徑要保證精度，而內(nèi)圈的內(nèi)徑是可以使用的，初定方案有以下幾種[6]：

（1）懸臂支桿式進(jìn)料機(jī)構(gòu)

懸臂支桿式進(jìn)料機(jī)構(gòu)適用于環(huán)狀工件，基本結(jié)構(gòu)如圖 6（a）所示。該機(jī)構(gòu)：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；2）工件的容量很大。工作原理是步進(jìn)推板每進(jìn)給一次，工件就掉進(jìn)料道一個(gè)，推完后再裝工件，效率較低。

（2）步進(jìn)轉(zhuǎn)盤式進(jìn)料機(jī)構(gòu)

步進(jìn)轉(zhuǎn)盤式結(jié)構(gòu)的原理是采用重力進(jìn)行推動(dòng)運(yùn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)如圖 6（b）所示。該機(jī)構(gòu)：（1）結(jié)構(gòu)輕便；（2）工件可以利用轉(zhuǎn)盤傳遞工位。原理是工件從垂直的料倉(cāng)中利用重力滑入轉(zhuǎn)盤中，轉(zhuǎn)盤作步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)將工件逐個(gè)進(jìn)行傳遞進(jìn)料。

圖6　懸臂支桿式和步進(jìn)轉(zhuǎn)盤式進(jìn)料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成

經(jīng)過比較，懸臂支桿式進(jìn)料機(jī)構(gòu)適用于環(huán)狀工件，而步進(jìn)轉(zhuǎn)盤式進(jìn)料機(jī)構(gòu)適合于多工位傳遞工件，內(nèi)圈進(jìn)料機(jī)構(gòu)可以結(jié)合兩種方案的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行組合設(shè)計(jì)。本文針對(duì)619/9型深溝球軸承，內(nèi)圈進(jìn)料機(jī)構(gòu)改進(jìn)為如圖7所示的結(jié)構(gòu)。

圖7　內(nèi)圈進(jìn)料機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成

改進(jìn)后機(jī)構(gòu)工作原理：工人在開始的時(shí)候先把內(nèi)圈一個(gè)一個(gè)的裝在導(dǎo)柱上，然后將導(dǎo)柱裝上內(nèi)圈進(jìn)料導(dǎo)柱機(jī)構(gòu)。當(dāng)設(shè)備檢測(cè)到內(nèi)圈已經(jīng)在相應(yīng)的位置后，角度翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)氣缸運(yùn)動(dòng)將內(nèi)圈從上側(cè)旋轉(zhuǎn)90°至水平位置，此時(shí)等待下一步工序取走內(nèi)圈。取走后，該機(jī)構(gòu)的氣缸退回將機(jī)構(gòu)復(fù)位。如此反復(fù)操作，當(dāng)機(jī)構(gòu)檢測(cè)到導(dǎo)柱上的內(nèi)圈沒有后，棘輪棘爪機(jī)構(gòu)將大轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)45°更換新的導(dǎo)柱。此時(shí)，工人可以將已經(jīng)裝好內(nèi)圈的導(dǎo)柱更換已經(jīng)沒有零件的導(dǎo)柱。通過此循環(huán)可以完成內(nèi)圈自動(dòng)進(jìn)料。

3　結(jié)束語(yǔ)

深溝球軸承合套系統(tǒng)的研究旨在提升軸承的裝配能力，本文通過三維軟件的建模模擬合套系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，在本系統(tǒng)機(jī)械主體設(shè)計(jì)中，研制了一些專門化構(gòu)造。例如：為了不損傷軸承外圈，外圈進(jìn)料機(jī)構(gòu)中采用改進(jìn)的料斗式進(jìn)料機(jī)構(gòu)；為了提高軸承內(nèi)圈的進(jìn)料效率，內(nèi)圈進(jìn)料機(jī)構(gòu)中采用棘輪棘爪機(jī)構(gòu)進(jìn)行分度，從而增加了導(dǎo)桿的數(shù)量；這些機(jī)構(gòu)的研究為以后設(shè)備的投產(chǎn)提供了原始的模型數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]倪森壽，袁 鋒.機(jī)械基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2000：185-195.

[2]郭淑芳，商建東，張俊江.深溝球軸承自動(dòng)合套機(jī)設(shè)計(jì)[J].河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，24（1）：37-39.

[3]何 建.PLC在全自動(dòng)軸承裝配機(jī)中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2012，31（9）：61-63.

[4]盧 剛.促進(jìn)轉(zhuǎn)型升級(jí)，建設(shè)軸承強(qiáng)國(guó)[J].金屬加工熱加工，2012（13）：18-19.

[5]黃越平，徐進(jìn)進(jìn).自動(dòng)化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)思實(shí)用圖例[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1993：67-101.

[6]黃繼昌.實(shí)用機(jī)械機(jī)構(gòu)圖冊(cè)[M].北京：人民郵電出版社，1996：353-360.