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　　家电行业小型异型工件自动化装配设备设计——以微动开关的自动化装配设计为例 Iij2韪lIl!圈:aTechnology-.t.H..ra 家电行业小型异型工件自动化装配设备设计 以微动开关的自动化装配设计为例 T技术 胥宏’赵军 (1.成都电子机械高等专科学校成人教育部I~lJll成都6100”31;2.成都宁江机床集团股份有限公司I~1/11成都611831) 摘要:从分析微动开关的自动化装配中零件装配关系,零件结构特点等确定装配工艺的关键因素出发,提出微动开关装配工序及装配 原理的设计实例,对于家电行业和电子行业的小型,异型零件的自动化装配设备的设计有一定的参考意义. 关键词:装配工序装配原理自动装配检测 中图分类号:TP29文献标识码:A文章编号:1674—098X(2008)11(b)一0034—02 1前言 近年来,国内随着零件制造成本的不 断下降和劳动成本的逐年提高,在家电行 业和电子行业的小型,异型零件的装配 中,提高装配生产率所带来的经济效益远 比简单地降低零件生产成本显着.国外自 动化装配方面早已投入大量精力研究,从 早期的小型机械单元发展到现今由多单元 加输送线组成大规模装配自动化生产线, 且不断向高效,高可靠,高自动化方向发 展. 微动开关装配自动线是从微动开关底 座开始进入装配系统,经过装配过程的自 动化,自动报警系统,自动检测系统,自 动信息反馈及自动分捡系统等,到成品微 动开关输出,设备具备自动装配系统中装 配过程的物流自动化,装配作业自动化和 信息流自动化等.本文是针对微动开关装 配自动线,装配工序流程,设计原理及装 配过程信息控制等方面的设计实例. 2微动开关装配自动线装配要求 微动开关装配自动线要求:第一,在 一 条装配线上同时具备装配及检测三种型 号微动开关功能,每种微动开关型号转换 时只允许在操作屏上做调整切换,而无需 做机械手动操作调整.第二,在一条装配 线上须完成微动开关底座,传动块,静触 点端子I,静触点端子Ⅱ,定位铜块,A. B型上盖板等零件的自动装配,装配完成 后,成品件自动输送到检测段进行微动开 关的机械参数(微动开关触点通短力检 测,通短距离检测),电气参数(微动开关 触点间耐压检测,开关壳体耐压检测,触 点接通电阻检测等)的自动检测.生产节 拍:装配段为2.5秒/件,微动开关检测段 生产节拍能适应其装配段的要求.第三, 设备显示屏上能显示装配过程中出现的故 障原因,故障地点,消除故障后按循环启 动设备能继续装配程序.第四,微动开关 检测段能自动将不合格产品剔除,合格件 能自动喷码打印下线微动开关装配自动线工艺流程 为达到微动开关装配自动线高效,高 可靠性的要求,根据微动开关装配要求制 订了以下微动开关装配自动线微动开关装配自动线装配段 夹具体上线一步伐式输送及定位夹紧 机构一开关底板上线一传动块装配(振盘 送料,直振输送,分料,传动块转向)一 静触点端子I装配(振盘送料,直振输送, 分料,静触点端子I转向)静触点端子 I下压开关底板装配组件清洁定位铜 块装配(振盘送料,直振输送,分料,定 位铜块转向及装配工位夹具体两位移动实 现三种型号开关的切换)一定位铜块下压 一 静触点端子Ⅱ装配(振盘送料,直振输 送,分料,静触点端子Ⅱ转向)静触点 端子Ⅱ下压开关底板装配组件清洁一开 关底板装配组件装配零件检测一开关上盖 装配(振盘送料,直振输送,分料)一开 关上盖下压一微动开关组件下装配线一夹 具体下线一完整的微动开关输送到检测 线微动开关装配自动线检测段 微动开关组件上线一步伐式输送及压 紧装置一微动开关组件通,断力检测(开 关,定位,检测)一微动开关组件通,断 距离检测(开关定位,检测)一开关A型 (NO)耐压检测(开关定位,检测)一开 关B型(NC)耐压检测(开关定位,检测) 开关C型(COMM)耐压检测(开关定 位,检测)一开关触点阻抗检测(开关定 位,检测)一不合格开关下线合格开关 喷码合格开关下线微动开关装配自动线)微动开关装配自动线总体布局:根 据装配要求及装配工序安排,为满足微动 开关装配自动线高效,高可靠性,采用直 线)微动开关装配段主传动设计:①主 传动机械控制时序,为提高微动开关装配 自动线的可靠性,将装配零件的主体(开 关体)放在带有定位销的夹具体上,经步 伐式输送机构逐次通过各装配工位,每个 装配工位将夹具体精定位后进行装配,下 压,清洁,检测,为保证整个装配过程的高 效性,高可靠性,将夫具体步伐式输送,夹 具体精定位,机械手抓料装配等动作采用 同一个主机械传动系统,由一个机械传动 链将各主运动动作联系在一起,让每个运 动机构的动作时间占生产节拍的一定比 例.②主机械传动运动机构,主机械传动 运动机构中整个运动部件传动链传动比 i—l,主驱动电机采用日本原装进口带制动 器及离合器变频电机G3LE一28—50一 T040A,用于机械运动在设备出现故障时 34科技创新导报ScienceandTechnologyInnovationHerald 准停和故障解除后快速起动.主电机的输 出轴转速由变频器控制,电机输出轴回转 一 转及完成装配自动线一个装配节拍,经 变频器可任意更改电机输出轴转速,从而 轻易达到改变装配自动线生产节拍,各主 运动动作速度,在安装调试时可采用较低 节拍甚至采用点动,使调试更加方便,迅 速,运行正常后装配生产节拍能稳定在2.5 秒/件.生产节拍内为控制各执行动作,精 确找准主传动系统的角位移,用于主控制 模板输出控制及检测指令,故主传动系统 中设置一位置检测元件编码器(日本 OMR0N公司E6F—AB3C—C绝对式编码 器),在线检测传动系统位置,主控制系统 按预先设置的程序,从主传动系统中的编 码器读取运动区域,根据读取的数据自动 检测该运动区域内的执行元件和检测元件 的信号,并判断装配动作正确与否,将判断 的结果反映在触摸显示屏上,利于设备监 控.为提高设备运行可靠性,保证设备安 全,在间歇分度机构输出轴处设置一扭矩 保护机构,装配输送线体因卡料等原因负 荷较大,超过扭矩保护装置设定钮矩值输 出轴打滑,同时输出一报警信号,警停设 备,解除故障后调整扭矩保护器重新启动 设备运行. (3)自动上料装置设计:零件上料工序 的安排为,①振盘振动上料及将零件按一 定的方向排列出料,根据零件的结构特点, 而确定零件通过振盘出料的最佳状态,既 能使零件出料状态稳定,又能使零件出料 速度满足装配节拍的要求.②直振机构传 输零件,通过振盘出料的零件与装配分料 处因结构设置原因而不能安排在相同位 置,及振盘出料口与分料处有一定的距离, 它们之间零件输送通过直振机构连接起 来,同时直振机构又起储存段作用,装配节 拍较高时,装配零件时的时间更短,光靠振 盘上料在瞬时不能满足零件装配速度的要 求,即使振盘设计能够满足装配节拍要求 但这样将造成振盘成本上升,振盘运行可 靠性降低,远远不及采用直振机构传输可 靠,经济,此时只需通过直振机构上储存 的零件来满足装配的要求,既解决了装配 高节拍的要求,同时又起到了连接振盘与 分料机构的作用.微动开关装配的零件为 小型异型件,从料道给出的零件位置精度 是一个影响自动上料可靠性的重要因素, 零件在料道的位置受到很多因素的影响: T技术ScienceandTechnology?nnovation—Herald同圆噩蝴I■誓重量五矗叠l■ 零件进入到料道的初始位置;零件进到料 道的速度;零件的横向尺寸及偏差;料道尺 寸及几何形状误差;料道纵向轴线相对水 平方向的倾斜;零件和料道间的摩擦系数; 个别瞬间,在料道和零件表面上发生的随 机因素(毛刺,凹痕,污垢等等);零件沿 着料道的行程长度与零件长度的比例等. 零件在料道内的移动是上述随机因素的复 杂函数.从料道给出的零件位置精度是一 个影响自动上料可靠性的重要因素,在料 道设计上采用能满足异型零件输送,提高 零件在料道内位置精度的方法.③分料机 构,将直振上输送的零件在直振的终端按 装配节拍单个分离开来,便于机械手抓料 而不会产生重料与卡料现象,机械手将分 离的零件抓取到零件翻转工位.④考虑装 配的零件能顺利从振盘出料及在直振输送 段能稳定给料,可能出现零件上料状态与 零件装配时状态不能吻合,为了解决该问 题,在设计上考虑设置一零件状态转换工 位,既零件翻转工位,其目的是转换装配的 零件上料状态与该零件装配时状态一致, 同时在一个机械手臂上设置两个机械手, 其中一个机械手从零件隔离上料工位将零 件抓到零件转换工位,同时另一个机械手 将零件从零件转换工位抓到装配工位,完 成零件的装配,这样即不占用装配时间,又 保证了设备的高效率. 4微动开关检测段节拍设置 微动开关耐压检测需耐压测试通电时 间三秒,加上开关输送,定位,夹紧,检测 探针进给后退等运动,其单工位设计节拍 时间约需用7—8秒,为保证检测段与微动 开关装配段生产节拍相匹配,设计将检测 段每工位零件检测数设定为三件及机械手 同时取三件零件上检测线,每工位对三个 零件进行同时检测,以期达到微动开关检 测段生产节拍与微动开关装配段相匹配. 最终设备调试后达到设计目标,检测段节 拍时间7.5秒/三件. 5微动开关装配自动线控制信息设置 为增加设备装配的可靠性及设备在运 行中出现故障能及时发现和解除,在设备 的不同位置及各执行元件上设置有各种检 测开关,用以反馈设备运行状态信息,检测 设备装配效果等. (1)在微动开关装配自动线装配段及检 测段每个执行动作元器件上设置位置检测 磁感应开关,检测各执行元件位置状态 (原位,工作位),及时反馈到主控制模板, 用以判断设备各执行元件运行状态. (2)在设备的每个装配工位和零件在转 换过程中容易出现故障的地方设置光电开 关:其中直振上设置满料检测开关,当直振 上的零件数超过设定值时停止振盘,避免 振盘长期运行而造成振盘内零件磨损和缩 短振盘寿命;分料处设置的光电开关判断 零件到位与否,为分料气缸动作提供信号, 隔离分出零件,利于机械手抓取零件;零件 翻转处设置的光电开关用以检测零件有 无,防止机械手漏抓零件;装配线体上设置 的光电开关用于检测零件的装配状态,零 件的装配位置,所有检测开关将其检测的 信息反馈到主控制模板,用以快速诊断装 配故障地方及故障处理方式. (3)在故障发生时易损坏设备功能及装 置处设置功能保护机构,且保护机构起作 用时易于解除,便于提高设备利用率. 另外设备还设置有主空气压力欠压保 护检测,装配件数自动记数等信息功能, 将各处检测的信息在装配的每个生产节拍 内不同时段反馈到主控制模板,如出现不 正常的装配状态和异常情况,则由主控制 模板将其信息显示在主显示屏上,同时紧 停设备,根据显示屏上显示的报警信息,而 知道故障出现的地方和原因,迅速排除故 障,按复位键后设备继续运行. 6结语 自动装配生产线在国内生产厂家不 多,大多属于起步阶段,即便有也大多采用 物流线加人工装配或少量自动装配的组态 方式,其技术含量都不高.微动开关装配 自动线作为国内自行设计开发的自动化控 制设备,不仅做到自动化程度高,而且在设 备上设置大量的检测开关,检测工位,大 大提高设备的装配可靠性,同时采用机械 式传动,将多种主传动由一条传动链控制, 极大地提高了设备生产节拍,降低设备成 本,便于设备维修,为设备的可靠运行奠定 了一定的基础.在设备上综合应用了数控 技术,新的自动控制技术,自动检测技术, 光电技术和气动技术等,攻克了小型异型 工件的自动装配,实现了整个装配过程的 全自动控制,检测.该设备通过用户验收, 达到微动开关装配自动线要求,并已在用 户厂投入使用. (上接33页) 阻响应曲线,即可得到温度一输入模拟量 的一一对应关系,程序在查表后得出当前 的精确温度. 2.2.5CAN通讯接口设计与R$485通 讯接口设计 MC9Sl2C32可以通过两种方式接收 CAN消息帧和SCI串行口消息帧:中断方 式与查询方式.查询方式适用于任务单一 的系统,本系统采用中断方式接收CAN消 息帧与SCI串行口消息帧.CAN的应用层 协议选用CANOpen,以其规约格式传送 CAN消息帧.SCI串行口的上层协议采用 MODBUS. 2.3主控单元设计 主控单元负责逻辑处理和电机的驱 动制动控制,与数据采集单元通过CAN 总线进行数据交换,一般由PLC+变频器 或带DSP的印制电路板为核心.当使用 PLC组建系统时,配置CAN通讯模块及 RS485串行通讯模块可满足要求.使用 一 块DSP同时作为逻辑控制,电机驱动 计算,CAN通讯用时,可以选用TI带有 CAN接口的高运算性能DSP,其性能满 足设计要求.这两种系统具有互换性. 因其与本课题相关度不高,此处不作详 细阐述. 2.4监控室上位机软件设计 上位机程序需要实现串行数据接收, M0DBUs消息帧封装与拆解状态显示的 功能.采用行设计开发,VB.net 基于微软.net平台,开发便捷,功能强大. VB.net下开发串行通讯程序有两种常用方 法:使用MSComm组件或使用Windows API.使用WindowsAPI进行开发需要涉 及较多底层细节,比较复杂.而MSComm 对一些细节进行了封装,简单易用,功能强 大.因此上位机软件使用MSComm进行开 发. 3总结与展望 以上介绍了一种基于CANOpen和 M0DBUS的自动化生产系统数据采集与监 控系统,经试验证明,其相比于其它类似产 品,具有布线简单,节省空间,低成本,组 网灵活,工作稳定等优点,并且这种结构 的数据采集与监控系统可以广泛用于各种 大型机电产品,如中央空调等. 参考文献 【1】杨世兴,郭秀才.监测监控系统原理与实 用设计【M】.中1国电力出版社,2007:93一 l59. 【2]王文辉.现场总线控制网络与网络集成[J]. 仪器仪表标准化与计量,2002(2):18— 2l [3J张雪玲.基于CAN总线的数据采集,传 输与监控系统设计[D】.上海:复旦大 学,2007. [4】余岚岚.基于CAN总线的温室环境现场 层监控系统的研究【D】.浙江:浙江大 学,2007MODIC0NInc,FreescaleCor1), 科技创新导报ScienceandTechnologyInnovationHerald35

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