余曉新

（清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電與汽車工程學(xué)院，廣東 清遠(yuǎn) 511510）

1 設(shè)計(jì)小型變壓器磁芯組裝機(jī)的意義

小型變壓器的生產(chǎn)制造主要包括零件加工和裝配兩部分，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械零件的加工制造基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，但零件的裝配由于裝配工藝對(duì)設(shè)備機(jī)構(gòu)要求高，其自動(dòng)化發(fā)展滯后于零件加工制造，導(dǎo)致小型變壓器在裝配環(huán)節(jié)成本高，質(zhì)量和效率低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，小型變壓器的裝配環(huán)節(jié)成本約占總成本的1/3-1/2，當(dāng)前在裝配環(huán)節(jié)除了骨架繞線基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化外，磁芯裝配等其它工藝仍然以手工作業(yè)為主，因此設(shè)計(jì)一種小型變壓器磁芯組裝機(jī)的機(jī)械機(jī)構(gòu)，對(duì)實(shí)現(xiàn)小型變壓器磁芯組裝的自動(dòng)化具有重要的意義。

2 小型變壓器的裝配工藝分析

小型變壓器主要由骨架、兩個(gè)U型磁芯和鋼夾組成，如圖1所示。其中磁芯裝配前骨架已完成繞線，裝配時(shí)兩個(gè)U型磁芯端口相對(duì)插進(jìn)骨架中心孔，形成磁路，鋼夾包裹住兩個(gè)U型磁芯下半部分，固定兩U型磁芯的位置，裝配效果如圖1右邊部分圖形所示。

圖1 變壓器的零件組成及磁芯裝配后效果

小型變壓器在電路中主要用于變壓和濾波，為了實(shí)現(xiàn)磁芯的全自動(dòng)裝配和裝配后良好的濾波效果，磁芯裝配機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在裝配工藝上，必須達(dá)到以下兩點(diǎn)要求：兩U型磁芯端面要平整充分接觸，兩端面的錯(cuò)位控制在允許的范圍之內(nèi)，使相對(duì)接觸面積最大，盡量減少變壓器磁芯的漏磁，提高磁通量；骨架和U型磁芯的上料、工件工位上的轉(zhuǎn)移需全部采用自動(dòng)化。根據(jù)小型變壓器裝配工藝要求，初步確定磁芯組裝機(jī)的裝配工藝線路如圖2所示。

圖2 磁芯自動(dòng)化裝配的工藝線路圖

3 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)備的總體設(shè)計(jì)方案

根據(jù)小型變壓器裝配的工藝路線，初步確定設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)由磁芯裝配、磁芯對(duì)磨、鋼夾裝配和下料四部分機(jī)構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3所示，各部分機(jī)構(gòu)的功能規(guī)劃如下：

圖3 設(shè)備總體設(shè)計(jì)框架圖

磁芯裝配機(jī)構(gòu)由振動(dòng)盤、上料導(dǎo)軌、磁芯裝配夾具和裝配氣缸組成，其主要功能是振動(dòng)盤將骨架和U型磁芯沿導(dǎo)軌送至裝配夾具的相應(yīng)位置，裝配氣缸將U型磁芯推進(jìn)骨架中心孔，完成磁芯的裝配；磁芯對(duì)磨機(jī)構(gòu)由機(jī)械手、夾緊氣缸、對(duì)磨氣缸和對(duì)磨夾具組成，其工作過程為機(jī)械手將裝配好磁芯的工件送至磁芯對(duì)磨夾具，兩個(gè)夾緊氣缸動(dòng)作，夾頭夾緊U型磁芯，對(duì)磨氣缸動(dòng)作（結(jié)構(gòu)圖未畫出），通過驅(qū)動(dòng)其中一夾頭上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)磁芯端面上下對(duì)磨；鋼夾裝配機(jī)構(gòu)由振動(dòng)盤、鋼夾裝配夾具、鋼夾固定機(jī)械手、鋼夾裝配機(jī)械手等組成，其工作的初步設(shè)想為振動(dòng)盤通過導(dǎo)軌將鋼夾送到鋼夾裝配夾具，并由鋼夾固定機(jī)械手進(jìn)行固定，鋼夾裝配機(jī)械手將對(duì)磨好的工件以正確姿勢(shì)插入鋼夾，鋼夾在彈性力的作用下夾緊兩U型磁芯，完成鋼夾的裝配；下料機(jī)構(gòu)主要功能是通過機(jī)械手將裝配好鋼夾的變壓器成品送至下料區(qū)。根據(jù)設(shè)備的工藝要求，其機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要有以下難點(diǎn)：

（1）骨架和U型磁芯為自動(dòng)上料，裝配時(shí)需保持姿勢(shì)的正確，且裝配與自動(dòng)上料的動(dòng)作互不影響。

（2）對(duì)磨機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)需做好以下兩點(diǎn)：設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)，在對(duì)磨前能調(diào)整U型磁芯的位置，使錯(cuò)位在允許的范圍之內(nèi)；設(shè)計(jì)對(duì)磨機(jī)構(gòu)，能帶動(dòng)其中一U型磁芯上下運(yùn)動(dòng)，使兩U型磁芯端口產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)幅度也需在允許的范圍之內(nèi)。

（3）鋼夾裝配機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)需保證鋼夾裝配后，兩磁芯位置準(zhǔn)確和固定，同時(shí)鋼夾的裝配需為自動(dòng)上料。

3.2 關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.2.1 磁芯裝配機(jī)構(gòu)

磁芯裝配機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的三維效果如圖4所示，其設(shè)計(jì)主要涉及送料機(jī)構(gòu)和裝配機(jī)構(gòu)兩方面：

圖4 磁芯裝配機(jī)構(gòu)

送料機(jī)構(gòu)方面，兩U型磁芯和骨架均由振動(dòng)盤進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整并通過導(dǎo)軌送至磁芯裝配夾具。骨架由于質(zhì)量大，在其輸送導(dǎo)軌下面加裝了一個(gè)直線送料器，使骨架能克服阻力順利到達(dá)磁芯裝配夾具中間位置。同時(shí)在磁芯裝配時(shí)，為了防止導(dǎo)軌上后續(xù)運(yùn)動(dòng)骨架的影響，在骨架導(dǎo)軌末端設(shè)計(jì)一個(gè)限位機(jī)構(gòu)，當(dāng)限位機(jī)構(gòu)中氣缸動(dòng)作時(shí)，限制導(dǎo)軌上骨架的繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。為了增大兩U磁芯裝配后端面接觸面積，減少漏磁，在U型磁芯的輸送過程設(shè)計(jì)了磨削機(jī)構(gòu)，其砂輪轉(zhuǎn)向和U型磁芯前進(jìn)方向一致，磨削機(jī)構(gòu)不僅能對(duì)U型磁芯端面進(jìn)行打磨，還能增大磁芯在導(dǎo)軌前行的動(dòng)力，使其順利到達(dá)裝配夾具的兩端。

裝配機(jī)構(gòu)方面，主要由骨架夾緊機(jī)構(gòu)和裝配機(jī)構(gòu)兩部分組成，其具體設(shè)計(jì)如下：當(dāng)裝配夾具上的骨架到位后，骨架夾緊機(jī)構(gòu)中的氣缸動(dòng)作并帶動(dòng)搖桿機(jī)構(gòu)完成骨架夾緊。當(dāng)骨架夾緊后，左右兩磁芯裝配氣缸動(dòng)作，帶動(dòng)推桿將磁芯推進(jìn)骨架中心孔，完成磁芯的裝配。

3.2.2 磁芯對(duì)磨機(jī)構(gòu)

磁芯對(duì)磨機(jī)構(gòu)的三維模型如圖5所示，其主要工作過程是當(dāng)工件到達(dá)夾具后，先夾緊工件，然后再實(shí)現(xiàn)磁芯的對(duì)磨。機(jī)構(gòu)的具體工作原理如下：

圖5 磁芯對(duì)磨主機(jī)構(gòu)

夾緊方面，夾具的左右邊各有一個(gè)夾頭。左邊夾頭為對(duì)磨夾頭，固定在活動(dòng)夾頭導(dǎo)套上，并通過活動(dòng)臺(tái)與左夾緊缸連接，可沿固定導(dǎo)塊1來回移動(dòng)；右邊夾頭為固定夾頭，固定在右夾頭導(dǎo)套上，與右夾緊缸連接，可沿固定導(dǎo)塊2來回移動(dòng)。當(dāng)兩個(gè)夾緊缸動(dòng)作時(shí)，使兩個(gè)夾頭往夾具方向移動(dòng)，夾緊工件。

對(duì)磨方面，左邊機(jī)構(gòu)的活動(dòng)臺(tái)上安裝有豎直導(dǎo)桿，活動(dòng)夾頭導(dǎo)套與導(dǎo)桿配合安裝，并有一個(gè)上下移動(dòng)的自由度，當(dāng)對(duì)磨缸動(dòng)作時(shí)，通過活動(dòng)夾頭導(dǎo)套帶動(dòng)對(duì)磨夾頭上下運(yùn)動(dòng)，最終使工件上左右兩U型磁芯形成上下對(duì)磨運(yùn)動(dòng)。

3.2.3 鋼夾裝配機(jī)構(gòu)

根據(jù)鋼夾裝配的流程，鋼夾裝配機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要由鋼夾上料機(jī)構(gòu)和裝配機(jī)構(gòu)兩部分組成，具體如圖6所示。

圖6 磁芯裝配機(jī)構(gòu)

鋼夾上料機(jī)構(gòu)主要由振動(dòng)盤（未截圖）、鋼夾、蓋板、鋼夾裝配夾具和夾緊手指組成，其設(shè)計(jì)原理如下：振動(dòng)盤（未截圖）通過導(dǎo)軌將鋼夾原材料以正確的姿態(tài)送至裝配夾具上，當(dāng)鋼夾到達(dá)裝配位置后，夾緊手指動(dòng)作對(duì)鋼夾進(jìn)行夾緊。

鋼夾裝配機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)、曲柄、橫向移動(dòng)塊、豎向移動(dòng)塊、滑移桿和裝配手指組成。其中橫向移動(dòng)塊可沿支架上的導(dǎo)軌作橫向移動(dòng)；豎向移動(dòng)塊裝配在橫向移動(dòng)塊上，可做上下方向移動(dòng)；裝配手指與滑移桿固定在一起，并裝配在豎向移動(dòng)塊上，可隨橫向移動(dòng)塊和豎向移動(dòng)塊一起做橫向和豎直運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，裝配手指在曲柄滑移機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下將對(duì)磨好的工件從對(duì)磨工位夾持到鋼夾裝配工位，并將工件以接近垂直角度插進(jìn)鋼夾里，由于鋼夾具有彈性，在機(jī)械

手指松開工件后，鋼夾四包邊能夾住兩個(gè)U型磁芯，固定好它的位置，至此完成了變壓器的磁芯裝配工作。

4 小型變壓器磁芯組裝機(jī)的三維裝配

通過各機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、計(jì)算、零件的三維造型和裝配，完成小型變壓器磁芯組裝機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)，三維裝配效果如圖7所示。

圖7 小型變壓器磁芯組裝機(jī)的三維裝配效果

5 結(jié)束語

本文分析了小型變壓器的零件組成及其裝配工藝，提出小型變壓器磁芯組裝機(jī)的工藝路線，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案及相關(guān)難點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，著重進(jìn)行磁芯組裝、對(duì)磨和鋼夾裝配等關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的三維模型的設(shè)計(jì)，分析和總裝。小型變壓器磁芯組裝機(jī)的設(shè)計(jì)并配以可靠的控制系統(tǒng)，可大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，在市場(chǎng)上得到了廣泛的應(yīng)用。