法蘭與軸承自動組裝機的設計

朱巍峰

【摘 要】隨著生產工藝要求的不斷提高以及為實現高效率的生產和降低相應的人工成本，自動組裝機在組裝零部件方面得到了廣泛地應用。本論文設計了一種自動組裝電機法蘭與軸承的自動化裝置。主要內容包括自動組裝機的結構設計，主要設備選型，控制系統設計等工作。

【關鍵詞】自動組裝；可編程控制器；傳感器；振動盤

在電機的組裝中，法蘭與軸承的組裝是其中的一個重要工序。用手工安裝方式，效率低下，成品不良率高，人工成本高。本文設計了一種法蘭與軸承自動組裝的裝置，用于提升產品生產效率和質量。

一、法蘭與軸承自動組裝的方案設計

（一）系統的控制要求。在本設計中為了實現法蘭與軸承自動組裝能夠順利完成自動組裝的任務，主要應用了傳感器和可編程控制器來進行系統控制。法蘭與軸承自動組裝機動作過程是上電后，檢查法蘭部分氣缸、軸承部分氣缸與組裝部分氣缸是否在原點，工裝是否正確，總氣源壓力正常，門開關正常。軸承與法蘭搬運機構將法蘭與軸承搬送到組裝工位，然后由組裝機構進行壓入組裝，最后將成品排出。

（二）控制方案的確定?；赑LC控制的自動組裝機應符合系統的動作要求和實際應用性。在自動組裝機裝置中，需要的控制元件很少，采用可編程控制器結合傳感器作為開關元件的控制系統，這種系統控制簡單、廉價、可靠性好，而且接線固定，編程方便，適用范圍廣。

二、法蘭與軸承自動組裝結構設計

（一）機架本體與組裝工件。法蘭與軸承自動組裝機上部的機架是鋁型材構成以及由壓克力構成的面板，臺面是鐵制面板，表面鍍鎳處理，底座是鐵制底座，表面刷漆。組裝工件是法蘭與軸承零件，法蘭的長度約為50mm，寬約為40mm，軸承的內徑約為7mm。

（二）法蘭輸送以及移載結構。法蘭輸送機構主要組件有法蘭零件、圓盤式振動盤、直線式振動盤、法蘭振盤壓緊缸、檢測傳感器。法蘭搬送機構的基本動作是振動盤啟動→法蘭輸送到搬送振盤出口→出口接近感應（同時法蘭振盤壓緊缸下壓）→法蘭移載平移氣缸前伸→前伸到位→法蘭移載升降氣缸下降→下降到位→底部吸盤帶有的接近感應→真空電磁閥動作→吸盤吸氣（動作保持）→下降保持2s并一直保持吸氣→法蘭移載升降缸上升→上升到位→法蘭移載平移缸后退→后退到位→法蘭移載升降缸下降→下降到位→真空電磁閥斷電→吸盤無氣→法蘭移載升降缸上升→旋轉缸旋轉同時法蘭移載機構前伸搬運法蘭。

（三）軸承輸送以及移載結構。軸承輸送機構主要組件有軸承零件、圓盤式與直線式振動盤、軸承切料氣缸、軸承頂升氣缸、檢測傳感器。軸承移載機構主要組件有軸承移載升降氣缸、軸承移載平移氣缸、軸承移載夾爪氣缸。軸承搬送機構的基本動作是軸承送到切料治具→取料光纖感應→軸承切料氣缸前伸→軸承升降缸下降→軸承頂升氣缸上頂→軸承升降缸上升→軸承移載平移氣缸前伸→軸承升降缸下降→軸承移載夾爪氣缸松開→回復到原點。

（四）法蘭軸承組裝結構。法蘭軸承組裝機構主要組件有組裝下壓氣缸、壓力傳感器、組裝工位的旋轉氣缸、脫料氣缸、檢測接近開關、槽型光電、軸承振盤出口光纖（裝載在旋轉氣缸的兩個工位上，用來檢測法蘭的有無，槽型光電的作用是作為壓力測試點）。

三、硬件選型

（一）可編程控制器PLC的選型。本設計采用了基恩士PLC在此設計中所采用的是KV-NANO系列的，根據本設計的要求及輸入、輸出點的分配合理性，本設計將選用KV Nano系列小型可編程控制器：KV-N60AT。

（二）傳感器的選型

1.光電傳感器。在此設計中選用了對射型光電和擴散反射型光電。在軸承振盤滿料光電和不良檢出光電兩個部位選用了對射型光電傳感器。在法蘭與軸承振動盤空料光電兩個部分選用了擴散型光電傳感器。

2.光纖傳感器，由于在軸承振盤出口與軸承取料檢測的精度要求較高，所以在這兩部分選用了光纖傳感器。

3.壓力傳感器，設計中所選用的壓力傳感器也稱為稱重傳感器，其類型有許多種，在此設計中選用了電阻應變式的壓力傳感器。

（三）氣動部分元器件的選型。在本設計中氣動部分元器件的選型包括、氣缸的選型、電磁閥的選型、真空吸盤的選型，

1.氣缸的選型。在本設計中一共使用了11個氣缸，在法蘭部分有振動盤壓緊缸、法蘭移載升降缸、法蘭移載平移缸，由于振動盤壓緊缸沒有什么特殊要求，因此選用了SMC薄型CQ2系列的氣缸，法蘭移載升降缸的選用要求輕巧，所以選擇了SMC MG系列帶導桿薄型氣缸，法蘭移載平移缸根據其運動的要求選用了SMC氣動滑臺氣缸MXS系列；在軸承部分有上頂氣缸、軸承移載平移缸、軸承移載升降缸、夾爪氣缸、軸承切料缸，上頂氣缸的作用是將切料缸中的軸承頂入夾爪中，所以要求不高，可以選用SMC型CQ2系列薄型氣缸，軸承移載平移缸和軸承移載升降缸均選用了SMC帶導桿薄型氣缸，切料缸所要求的行程較短所以選用了SMC薄型氣缸CQ2系列；在組裝部分使用了脫料氣缸、下壓缸、旋轉缸，脫料缸的作用是保證法蘭搬運到位后不跑位，所以要求也不高，選用了雙作用氣缸，下壓缸的要求與其他氣缸不一樣，要求下壓時帶緩沖，所以選用SMC帶緩沖的薄型氣缸。旋轉氣缸根據機械要求選用SMC帶導桿MGP系列的氣缸。

2.電磁閥的選型。根據選型原則和參照設計要求，設計選擇了三通袖珍電磁閥，電磁閥體積小，流通能力大，節省空間，低成本；響應時間短；功率僅為0.5W，可靠性高，安裝方便，電壓選擇DC24較為方便。

3.真空吸盤的選型。在此設計中運用真空吸盤主要實現兩個功能。一是實現法蘭的搬運和推動法蘭在振動盤上前進。二是吸取法蘭，將法蘭零件搬送到組裝工位和將已組裝好的成品搬送到良品盒中。

（四）振動盤和直線振動器的選型。振動盤是一種自動組裝機械的輔助設備，本設計的主要動作要求是通過兩個振動盤的振動分別將無序的法蘭和軸承有序定向排列整齊、準確的輸送到直線料道。由于需要定向整理，且法蘭和軸承有一定的形狀和尺寸，所以選擇圓盤式振動盤。

電氣控制系統設計

本設計中最主要的程序就是組裝平臺的控制程序，由于篇幅所限，在此只給出程序的流程圖。

本文設計的法蘭與軸承自動組裝機，具有結構簡單，安裝方便，工作穩定，工作效率高等優點。在實際的使用中提高了產品的良品率，節約了人力成本，就有較好的實用價值。

參考文獻：

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