陳明山，韓楓欽

（中航光電科技股份有限公司，河南 洛陽 471000）

目前，國內(nèi)外連接器種類及樣式繁多，國外部分企業(yè)已實(shí)現(xiàn)一定程度自動(dòng)化，但國內(nèi)大部分連接器制造企業(yè)仍大量使用手工裝配，手工裝配具有柔性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但也存在裝配一致性差、裝配效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)。隨著信息時(shí)代的到來，連接器市場需求量大幅增加，手工裝配的弊端日益突出，先進(jìn)自動(dòng)化裝配技術(shù)的引入迫在眉睫[1-2]。總體來看，手工裝配方式與當(dāng)前社會的發(fā)展、市場需求的增加和企業(yè)自身效益的提高相矛盾，提高自動(dòng)化裝配水平是一個(gè)企業(yè)長期、高速及健康發(fā)展的必然選擇[3-4]。

本文重點(diǎn)研究解決如何在設(shè)備開發(fā)過程中，充分合理配置工位，快速完成零件預(yù)裝、強(qiáng)裝、如何利用鏈條主送料機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)載座循環(huán)流轉(zhuǎn)及如何實(shí)現(xiàn)多組異型絕緣體整體循環(huán)等距快速出料問題，對類似異型連接器的生產(chǎn)裝配有較大推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 某連接器介紹及構(gòu)思

1.1 某連接器的工藝現(xiàn)狀與難點(diǎn)

連接器各零件結(jié)構(gòu)如圖1所示，產(chǎn)品組裝過程：①將彈片b裝入至兩芯絕緣體a對應(yīng)槽口中（對稱裝配）；②將按鈕c裝入至兩芯絕緣體a對應(yīng)槽口中（對稱裝配）；③將接觸件d裝入至兩芯絕緣體a對應(yīng)槽口中（對稱裝配），完成單片產(chǎn)品組裝；④將單片產(chǎn)品e（7個(gè)）疊加，完成零件f組裝。

圖1 產(chǎn)品各零件圖示

在未投入自動(dòng)化設(shè)備前，該產(chǎn)品主要由手工裝配完成組裝。手工裝配存在以下難點(diǎn)：①彈片裝入到絕緣體槽中后需使彈片上表面與絕緣體槽上表面對齊，人工作業(yè)時(shí)需要先進(jìn)行預(yù)裝，然后終壓；若終壓不到位，會影響后續(xù)單片組件疊加，導(dǎo)致疊加時(shí)出現(xiàn)縫隙，影響后續(xù)產(chǎn)品外殼裝配。②按鈕裝配需要頂開彈片，使彈片對其限位，且保證按鈕在絕緣體槽中有一定晃動(dòng)量；裝配時(shí)按鈕上表面需要與絕緣體對應(yīng)的槽面齊平，否則按鈕容易跳出絕緣體槽，導(dǎo)致脫落。③接觸件組裝時(shí)，需要按鈕向壓縮彈片方向推動(dòng)，出現(xiàn)一定間隙后將接觸件順利裝配至絕緣體的相應(yīng)槽中。④單片組裝完成后，視覺傳感器進(jìn)行檢測，完成檢測后進(jìn)行7個(gè)單片組件疊加；單片組裝完成后，絕緣體會出現(xiàn)一定變形，疊加時(shí)，零件差異導(dǎo)致疊加貼合狀態(tài)不穩(wěn)定。

1.2 自動(dòng)化裝配思路分析

針對產(chǎn)品裝配中的難點(diǎn)，分析設(shè)計(jì)自動(dòng)化裝配思路如下。

1.2.1 設(shè)備布局分析

產(chǎn)品零件包含絕緣體、彈片、按鈕和接觸件等，且各零件供料均為散料供貨，可通過振動(dòng)盤實(shí)現(xiàn)各零件自動(dòng)上料、分料，采用搬運(yùn)機(jī)構(gòu)夾持搬運(yùn)完成各零件預(yù)裝。零件預(yù)裝過程中，彈片、按鈕和接觸件均是對稱裝配，為避免預(yù)裝完成后因沒有及時(shí)強(qiáng)裝導(dǎo)致零件脫落，每一種零件預(yù)裝后均需專用強(qiáng)裝機(jī)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)裝，共需要6套強(qiáng)裝機(jī)構(gòu)。

該產(chǎn)品裝配零件數(shù)量較多，分析若采用絕緣體載座固定的方式進(jìn)行裝配，需對每一步組裝的半成品進(jìn)行搬運(yùn)，存在零件預(yù)裝后不能及時(shí)強(qiáng)裝，搬運(yùn)過程中零件掉落風(fēng)險(xiǎn)，且該方案設(shè)備需布置6套零件組裝機(jī)構(gòu)、6套強(qiáng)裝機(jī)構(gòu)及對應(yīng)檢測機(jī)構(gòu)，卸料疊加機(jī)構(gòu)等，設(shè)備長度不能滿足需求。同時(shí)，因?yàn)楫a(chǎn)品絕緣體是異形結(jié)構(gòu)，無法采用傳統(tǒng)流道加撥料爪撥料結(jié)構(gòu)進(jìn)行絕緣體流轉(zhuǎn)，需要采用載座循環(huán)流動(dòng)結(jié)構(gòu)。

綜合以上分析，最終考慮采用載座流轉(zhuǎn)，該結(jié)構(gòu)可以有效防止因每次半成品載座搬運(yùn)而造成零件脫落情況。載座流動(dòng)可以采用2種方式，第一種是采用同步帶或平皮帶流線送料機(jī)構(gòu)配合各種搬運(yùn)定位機(jī)構(gòu)來完成載座流動(dòng)，二是采用等距鏈條配合伺服電機(jī)和二次定位機(jī)構(gòu)來完成載座流轉(zhuǎn)。皮帶流線載座流動(dòng)的方式需要2條平行流線，采用2套搬運(yùn)機(jī)構(gòu)完成對載座的搬運(yùn)與回流，每個(gè)組裝位需要對載座二次定位，組裝強(qiáng)裝時(shí)需要將載座升起及擋停等，整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜。鏈條主送料機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)配合等距鏈條和二次定位機(jī)構(gòu)配合實(shí)現(xiàn)載具流轉(zhuǎn)，可以有效克服皮帶流轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)載座需要擋停、頂升及搬運(yùn)等問題，且體積較小，空間利用率較高。同時(shí)，由于單片組件完成后需要7片組件疊加為成品，因此需要提前識別每個(gè)單片組件是否存在漏裝零件情況，此處采用視覺傳感器來對各零件進(jìn)行拍照確認(rèn)，拍照后需要將不良品排除，然后將良品一層一層疊加，疊加時(shí)需要消除2層之間間隙，因此需要強(qiáng)裝，強(qiáng)裝后搬運(yùn)機(jī)構(gòu)將疊加好的產(chǎn)品流出。

1.2.2 搬運(yùn)組裝結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)1.2.1中分析可知，產(chǎn)品各零件均為散件供料，搬運(yùn)機(jī)構(gòu)基本類似，且零件強(qiáng)裝力要求適中，為了減少設(shè)備長度，節(jié)省成本，因此考慮將搬運(yùn)組裝機(jī)構(gòu)和終壓機(jī)構(gòu)集成在一起，可以減少6套強(qiáng)裝機(jī)構(gòu)，達(dá)到有效壓縮設(shè)備占地空間的目的。由于主送料機(jī)構(gòu)寬度窄，零件搬運(yùn)預(yù)裝后需要直接強(qiáng)裝，零件強(qiáng)裝與預(yù)裝位置不一樣等原因，需要實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)機(jī)構(gòu)多點(diǎn)移位，并通過多點(diǎn)位夾爪氣缸實(shí)現(xiàn)夾持零件和強(qiáng)裝2個(gè)功能；在按鈕安裝過程中，因按鈕體積小且安裝深度基本埋入到絕緣體中，需要采用自制真空吸機(jī)構(gòu)進(jìn)行搬運(yùn)、預(yù)裝，預(yù)裝后通過頂入氣缸完成強(qiáng)裝；在接觸件裝配過程中，接觸件首先將按鈕頂開，使彈片有一定壓縮量，確保接觸件能夠順利裝入到絕緣體對應(yīng)的槽中，再由主軸絲杠帶動(dòng)多點(diǎn)移位夾爪氣缸完成強(qiáng)裝。

1.2.3 主送料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析

主送料機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)配合減速機(jī)來提供動(dòng)力源，采用等距鏈條來對載座進(jìn)行等距移位。為減少載座與載座流道之間的摩擦阻力，需要在載座上安裝4個(gè)軸承，將滑動(dòng)摩擦變成滾動(dòng)摩擦；載座運(yùn)行到位后，為保證零件組裝時(shí)載座位置的唯一性，需要二次定位機(jī)構(gòu)對載座進(jìn)行精確定位；載座上下循環(huán)，因此當(dāng)載座運(yùn)行到下方時(shí)需要使用流道拖住載座，防止因多個(gè)載座重量拉脫鏈條；載座固定在鏈條上時(shí)，載座與鏈條需要有一定的活動(dòng)量，不能直接將載座鎖死在鏈條上，鎖死后載座二次定位時(shí)會因?yàn)檫^定位導(dǎo)致設(shè)備報(bào)警。

1.2.4 檢測及卸料機(jī)構(gòu)分析

為盡可能減少設(shè)備長度，需將不良品排除工位、疊加工位及疊加完成后搬運(yùn)工位進(jìn)行集成，從該思路出發(fā)，筆者采用了不良品排除工位與疊加工位上下梯次布置，疊加工位的壓緊機(jī)構(gòu)外置的方法。

2 連接器自動(dòng)裝配機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于生產(chǎn)效率和生產(chǎn)精度等要求，本設(shè)備機(jī)構(gòu)可分解為：主送料機(jī)構(gòu)，彈片裝入強(qiáng)裝機(jī)構(gòu)，按鈕裝入強(qiáng)裝機(jī)構(gòu)，接觸件裝入強(qiáng)裝機(jī)構(gòu)，檢測搬運(yùn)疊加機(jī)構(gòu)，以及7套各零件雙流道自動(dòng)供料系統(tǒng)等。其設(shè)備如圖2所示。

圖2 自動(dòng)裝配設(shè)備整體布局

絕緣體振動(dòng)盤自動(dòng)供料，然后分料，絕緣體搬運(yùn)機(jī)構(gòu)將絕緣體搬運(yùn)至主送料機(jī)構(gòu)定位載座中，主送料機(jī)構(gòu)走位，已放置絕緣體的定位載座運(yùn)行到彈片裝配對應(yīng)的工位，彈片振動(dòng)盤自動(dòng)上料、分料，彈片預(yù)裝機(jī)構(gòu)完成彈片預(yù)裝，彈片夾爪升起閉合后在其橫向絲杠多點(diǎn)移位下移到強(qiáng)裝位，彈片夾爪閉合，絲杠上下運(yùn)動(dòng)完成強(qiáng)裝。主送料載座在伺服電機(jī)作用下走位，載座運(yùn)行到按鈕裝配工位，按鈕在其自動(dòng)供料系統(tǒng)作用下，完成按鈕分料，按鈕真空吸機(jī)構(gòu)吸住按鈕在其對應(yīng)縱向絲杠作用下完成上下搬運(yùn)，在其橫向搬運(yùn)絲杠搬運(yùn)作用下達(dá)到按鈕預(yù)裝位置，縱向絲杠完成按鈕預(yù)裝后平移一段位移，縱向絲杠繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，將處于真空吸吸住的按鈕頂?shù)狡鋵?yīng)的裝配槽中完成裝配；主送料機(jī)構(gòu)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，載座運(yùn)行到接觸件裝配工位，接觸件預(yù)裝機(jī)構(gòu)完成彈片預(yù)裝，接觸件搬運(yùn)橫向絲杠運(yùn)動(dòng)到終壓位置，完成接觸件終壓；主送料機(jī)構(gòu)再次運(yùn)行到下一個(gè)工位，視覺傳感器檢測單片組件是否存在漏裝，疊加卸料機(jī)構(gòu)根據(jù)檢測結(jié)果來對單片組件搬運(yùn)，若為良品，則放到疊加載座中，若為不良品則疊加載座抽回，搬運(yùn)夾爪直接將不良品放入不良品盒中，疊加2片或3片后，壓緊機(jī)構(gòu)將2片或3片組件壓緊貼合，繼續(xù)疊加到7層，疊加卸料主搬運(yùn)將疊加完成后的組件搬運(yùn)出設(shè)備，如此完成一個(gè)循環(huán)。

2.1 主送料工位

主送料工位主要由源主動(dòng)鏈輪機(jī)構(gòu)、載座、等距鏈條機(jī)構(gòu)、從動(dòng)鏈輪機(jī)構(gòu)、鏈輪張緊機(jī)構(gòu)、原點(diǎn)搜尋載機(jī)構(gòu)、載座流道輔助定位機(jī)構(gòu)及載座二次定位機(jī)構(gòu)組成，如圖3所示。

圖3 主送料工位

該工位伺服電機(jī)選用750 W大功率電機(jī)，配合1∶35減速比的伺服減速機(jī)提供扭矩，拉動(dòng)鏈條來實(shí)現(xiàn)載座流轉(zhuǎn)，為減少載座底面與載座流道之間摩擦力，通過張緊機(jī)構(gòu)完成鏈條張緊操作，保證鏈條運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，防止跳齒或鏈條脫落，二次定位機(jī)構(gòu)完成對載座二次定位，保證組裝時(shí)絕緣體位置唯一性，而載座流道為保證載座沿著同一水平面平行移動(dòng)。

2.2 絕緣體上料工位

絕緣體上料機(jī)構(gòu)包含振動(dòng)盤和搬運(yùn)機(jī)構(gòu)，為防止2個(gè)絕緣體搬運(yùn)時(shí)相互之間干擾，需要布置2套搬運(yùn)機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致放入載座時(shí)調(diào)好其中一個(gè)而另外一個(gè)無法放入，因此2套搬運(yùn)機(jī)構(gòu)需要做成單獨(dú)可調(diào)。

2.3 彈片組裝工位

彈片組裝工位由彈片自動(dòng)供料系統(tǒng)、彈片分料機(jī)構(gòu)、彈片搬運(yùn)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及彈片強(qiáng)裝機(jī)構(gòu)組成，如圖4所示。

圖4 彈片組裝工位

此工位的設(shè)計(jì)既是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，第一個(gè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)在于如何保證2個(gè)彈片穩(wěn)定裝入絕緣體;第二個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)在于如何保證預(yù)裝完成后，順利完成彈片終壓。因本工位需要完成以上2道工序，通過對產(chǎn)品裝配分析，如要實(shí)現(xiàn)預(yù)裝預(yù)終壓在同一工位完成，需要預(yù)裝后橫向搬運(yùn)機(jī)構(gòu)移動(dòng)到第二個(gè)點(diǎn)，夾爪閉合，縱向移位機(jī)構(gòu)下壓完成終壓，根據(jù)以上情況，橫向搬運(yùn)與縱向搬運(yùn)均存在多點(diǎn)移位情況，因此均采用絲杠和單軸機(jī)構(gòu)既能保證組裝位置的準(zhǔn)確性，又能保證客戶對設(shè)備效率的要求。

2.4 按鈕組裝工位

按鈕組裝工位是由按鈕自動(dòng)供料系統(tǒng)、分料機(jī)構(gòu)、按鈕預(yù)裝機(jī)構(gòu)和按鈕強(qiáng)裝機(jī)構(gòu)構(gòu)成，如圖5所示。按鈕組裝的難點(diǎn)和重點(diǎn)在于按鈕必須將彈片頂開后才能繼續(xù)往下安裝，按鈕臺階需要掛住在絕緣體臺階上，所以按鈕組裝需要在按鈕槽外圍先下降一定高度，然后平移，頂住彈片運(yùn)動(dòng)一定距離后，強(qiáng)裝氣缸運(yùn)動(dòng)將按鈕頂?shù)浇^緣體按鈕槽中，彈片回彈頂住按鈕，如何防止按鈕頂住彈片運(yùn)行時(shí)按鈕不掉落，需要自制真空吸將按鈕進(jìn)行限位，防止頂開時(shí)，按鈕彈出。

圖5 按鈕組裝工位

2.5 接觸件組裝工位

接觸件組裝工位由接觸件自動(dòng)供料系統(tǒng)、分料機(jī)構(gòu)、接觸件預(yù)裝機(jī)構(gòu)、接觸件強(qiáng)裝機(jī)構(gòu)及按鈕頂出機(jī)構(gòu)構(gòu)成，如圖6所示。接觸件組裝難度和重點(diǎn)在于組裝時(shí)需要將按鈕頂開，利用載座定位機(jī)構(gòu)動(dòng)力源，在定位叉上增加頂出機(jī)構(gòu)，當(dāng)二次定位機(jī)構(gòu)定位時(shí)，按鈕被頂開，彈片被壓縮，同時(shí)，需要防止按鈕飛出按鈕槽，接觸件預(yù)裝后，夾爪閉合，橫向絲杠平移一段距離后，縱向單軸壓緊接觸件，完成終壓。

圖6 接觸件組裝工位

2.6 檢測搬運(yùn)疊加工位

搬運(yùn)疊加工位是由單片組件搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、壓緊機(jī)構(gòu)、排料機(jī)構(gòu)、不良品排除機(jī)構(gòu)及檢測機(jī)構(gòu)構(gòu)成，如圖7所示。該工位設(shè)計(jì)重點(diǎn)難點(diǎn)在于在有限空間內(nèi)必須完成以下動(dòng)作，一是不良品排除，二是良品疊加，三是2層或3層單片組件疊加強(qiáng)裝，四是7層疊加完成后卸料，且以上動(dòng)作需要集中在300 mm范圍內(nèi)完成。

圖7 檢測搬運(yùn)疊加工位

3 結(jié)束語

該設(shè)備通過合理布置各工序，巧妙設(shè)計(jì)各機(jī)械機(jī)構(gòu)，共計(jì)利用60余個(gè)動(dòng)力源，10余個(gè)真空吸組件，7個(gè)雙流道振動(dòng)盤等，完成了零件的裝配，并保證了產(chǎn)品裝配的一致性和合格率，極大地降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了人力成本。同時(shí)，該設(shè)備設(shè)計(jì)及應(yīng)用的成功，對于裝配多個(gè)異性零件組件而成的復(fù)雜產(chǎn)品提供了經(jīng)驗(yàn)和參考，在復(fù)雜產(chǎn)品裝配領(lǐng)域具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。