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

隨著現代社會的發展，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。但家電企業在批量生產智能家電的過程中，需要大量人工去組裝各類軸承，用于部件化生產。在生產軸承時，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，嚴重影響軸承的穩定性。因此如何實現平面軸承鋼珠的快速、穩定組裝，成為了各家電企業的重點研究課題。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，實現平面軸承裝鋼珠低人力投入，高效產出及產出質量穩定可靠。

1 平面軸承自動裝鋼珠裝置設計難點分析

1.1 平面軸承結構分析

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。

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都是隨機散亂的方式。因為平面軸承厚度較小（4 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，通體光滑，直徑較小（6 mm），滾動系數較大。

2）組裝難點，傳統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，因為軸承支架上的鋼珠槽兩側防脫落凸臺，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、供料機構、搬運機構這三個機構在設計之初，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、供料機構、組裝機構、控制系統四個部分組成。該套裝置所有的邏輯控制來源于系統控制PLC裝置。

裝置硬件配置清單如表1，整體構造如圖2所示。

表1 硬件配置清單

圖2 整體構造

2.2 主要硬件設計

2.2.1 搬運機構設計

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，通過搬運機構的相關部件動作，實現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的功能。

搬運機構見圖3所示。

2.2.2 供料機構設計

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

供料機構見圖4所示。

圖4 供料機構

2.2.3 組裝機構設計

針對平面軸承鋼珠組裝的特殊性，開發專用的平面軸承鋼珠組裝機構，可以實現協助供料機構一次性定位6 顆鋼珠，并一次性壓入6 顆鋼珠。

組裝機構見圖5所示。

圖5 組裝機構

2.2.4 控制系統設計

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，可以實現搬運機構、供料機構、組裝機構穩定高效運行，從而實現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部，控制箱外側安裝有撥動開關，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，就會被搬運機構定位銷推出設備。

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

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

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

當搬運機構后撤計時達到設定時間時，同時觸發避讓氣缸伸出及供料機構中的供料氣缸伸出，當供料機構中的供料氣缸伸出，同時新的計時開始。供料機構中的供料氣缸伸出，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，會沿著組裝機構內部預留的通道，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，供料機構中的供料氣缸縮回，同時新的計時開始。供料機構中的供料氣缸縮回，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，組裝機構中的壓入氣缸縮回，帶動整個組裝機構上升，組裝機構上升，同時新的計時開始。此時組裝機構將供料機構及料斗內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，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，程序控制組裝機構中的壓入氣缸縮回，帶動整個組裝機構上升，組裝機構上升，此時整個循環結束。

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，產品產出質量穩定、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，氣壓調整在0.5 kPa左右。接入AC 220 V電源，手動投放軸承料斗內中，在投入軸承支架，測試單個運行點檢，監測無異常即可用于生產工作。使用完畢后，需將治具妥善保存不能磕碰避免損壞。

5 總結

軸承自動裝鋼珠裝置實現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，同時對家電行業軸承自動組裝自動化推進具有較高的指導意義。