一種自動(dòng)化上料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

黃發(fā)喜，黃維博

（1.深圳市北鼎晶輝科技股份有限公司，廣東深圳 518104；2.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司深圳分公司，廣東深圳 518026）

小家電行業(yè)，實(shí)際上是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，其絲印、裝配都是人工取料、人工操作、人工裝配。勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。如果能設(shè)計(jì)出一套標(biāo)準(zhǔn)的、系列的自動(dòng)上料系統(tǒng)及機(jī)構(gòu)，將對(duì)生產(chǎn)及裝配自動(dòng)化、提高生產(chǎn)效率、減少人工成本，產(chǎn)生重要的意義。

如圖1所示，為彈夾式上料系統(tǒng)，何為彈夾，就是裝在儲(chǔ)料箱內(nèi)的零件就好像是子彈裝在子彈夾內(nèi)一樣，子彈能很容易地裝在子彈夾內(nèi)，子彈夾能很容易地裝入槍膛，一顆一顆地發(fā)射子彈。彈夾式上料系統(tǒng)，就是借鑒子彈夾的原理設(shè)計(jì)和制造的。其靜止部分主要由機(jī)架、機(jī)座、儲(chǔ)料箱、儲(chǔ)料箱蓋組成，其運(yùn)動(dòng)部分主要由伺服電機(jī)、彈性聯(lián)軸器、滾珠絲杠、絲杠滑塊、絲杠支撐座、滑托架、直線軸承和導(dǎo)向軸等組成，其限位控制裝置主要有上下行程開(kāi)關(guān)、導(dǎo)向銷(xiāo)、導(dǎo)向槽和彈性定位銷(xiāo)。此外還配有放料架，以方便裝料。

圖1 彈夾式自動(dòng)上料裝置

1 工作原理

在生產(chǎn)時(shí)，將儲(chǔ)料箱放在放料架上，如圖2所示。從五金沖制或塑膠注塑或零件初加工等加工好的零件，直接放入到儲(chǔ)料箱內(nèi)，如圖3所示。零件放滿后，將儲(chǔ)料箱蓋蓋好，如圖4所示。然后將盛有零件的儲(chǔ)料箱放入到上料系統(tǒng)機(jī)架上，推入并自動(dòng)定位，如圖5所示。

開(kāi)始上料時(shí)，啟動(dòng)伺服電機(jī)，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)彈性聯(lián)軸器，使?jié)L珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲杠兩端用絲杠支撐座支撐。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠滑塊帶動(dòng)滑托架向上移動(dòng)，從而推動(dòng)零件向上。零件向上到達(dá)指定位置碰觸到限位開(kāi)關(guān)，限位開(kāi)關(guān)接通，如圖6所示，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，滑托架停止上升，零件停止上移。隨后檢測(cè)信號(hào)控制機(jī)械手將最上一個(gè)零件取走，用于加工、絲印或裝配。零件取走后，限位開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，控制伺服電機(jī)重新啟動(dòng)，又一個(gè)上料動(dòng)作開(kāi)始。

儲(chǔ)料箱的零件用完后，上料系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)，使滑托架下移，滑托架下移至初始位置，使下限位開(kāi)關(guān)接通，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，并發(fā)出放料信號(hào)。操作工將空儲(chǔ)料箱移出，如圖7所示，再取下，然后將盛有零件的儲(chǔ)料箱放入到機(jī)架的限定位置，繼續(xù)使用。

圖2 儲(chǔ)料箱放在料架上

2 自動(dòng)上料系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）零件之間要避免粘連。

設(shè)計(jì)薄板零件并有高低不平的折邊時(shí)，要注意避免零件之間的粘連。如圖3、圖9所示的零件，是多士爐機(jī)芯的前側(cè)板，為了提高零件的強(qiáng)度，薄板零件一般都需要增加折邊。由于有折邊的存在，因而零件按同一方向放置在一起時(shí)，零件與零件之間很容易卡住。在手工取料時(shí)，五金部沖制前側(cè)板，一般是配對(duì)并立放。但在自動(dòng)上料時(shí)，零件需按照一定的方向順序排列，在不浪費(fèi)材料、不影響零件結(jié)構(gòu)和裝配的情況下，選取基本均勻的4個(gè)爪作為放置面，放置在另一個(gè)前側(cè)板的同樣位置上并對(duì)齊，為了避免上下翻邊相互粘連，將上下翻邊做92.5°的斜度，即上大下小，以方便零件的取出。這樣就可以有效的解決同一零件之間的粘連問(wèn)題。

圖3 零件放入儲(chǔ)料箱內(nèi)

圖4 儲(chǔ)料箱蓋旋轉(zhuǎn)卡緊時(shí)將零件進(jìn)一步壓齊

（2）裝料方便

這主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是零件部門(mén)在生產(chǎn)時(shí)，零件易于裝入儲(chǔ)料箱內(nèi)，將零件儲(chǔ)料箱放置在一個(gè)通用的放料架上，如圖2所示，儲(chǔ)料箱有六個(gè)面，其中有兩個(gè)面是敞開(kāi)的，兩個(gè)敞開(kāi)的面，一個(gè)面敞開(kāi)是為了放料，一個(gè)面敞開(kāi)是為了供料。儲(chǔ)料箱與地面夾角為30°～60°左右。便于零件放入儲(chǔ)料箱內(nèi)。二是零件裝入儲(chǔ)料箱后零件的位置準(zhǔn)確。儲(chǔ)料箱的兩側(cè)有一定錐度導(dǎo)向，開(kāi)口大，零件易放入。當(dāng)零件由重力作用向下時(shí)，儲(chǔ)料箱兩側(cè)的錐度起導(dǎo)向和限位作用，零件放進(jìn)去后左右側(cè)即主動(dòng)對(duì)齊，如圖3所示。由于零件裝入時(shí)會(huì)有摩擦力的存在，零件裝好后，較輕的零件其下沿有可能對(duì)得不齊，儲(chǔ)料箱加蓋時(shí)，蓋板的一端能很容易地卡入到儲(chǔ)料箱內(nèi)，蓋板的另一端下壓，將蓋板的彈性扣與儲(chǔ)料箱的棱沿卡緊，并將零件壓整齊，以保證自動(dòng)上料時(shí)零件的位置是準(zhǔn)確的，如圖4所示。

（3）上料容易

在儲(chǔ)料箱底部設(shè)計(jì)有導(dǎo)向銷(xiāo)和定位孔，在放置儲(chǔ)料箱的機(jī)架臺(tái)面上設(shè)計(jì)有導(dǎo)向槽和彈性定位銷(xiāo)，如圖5、圖6所示。將儲(chǔ)料箱放置在放料臺(tái)面上，將儲(chǔ)料箱底部的導(dǎo)向銷(xiāo)插入到放料臺(tái)面的導(dǎo)向槽內(nèi)，如圖5（a）所示，這時(shí)滑托架的托板也很容易插入到儲(chǔ)料箱最低零件的底部。將儲(chǔ)料箱沿著導(dǎo)向槽推入到指定位置后，儲(chǔ)料箱即被限位，定位系統(tǒng)使儲(chǔ)料箱自動(dòng)定位。供料托板也插入到儲(chǔ)料箱內(nèi)的指定位置以備上料，如圖5（b）所示。

圖5 儲(chǔ)料箱推入上料裝置

儲(chǔ)料箱內(nèi)的零件用完后，供料托架自動(dòng)下降到底部指定位置，將儲(chǔ)料箱沿著裝入時(shí)的相反方向用一定的力使其脫離定位裝置后推出，如圖7所示，取下儲(chǔ)料相，然后進(jìn)行下一個(gè)供料循環(huán)。

（4）供料精確可靠

1）滑架裝有直線軸承導(dǎo)向，滾珠絲杠機(jī)構(gòu)使滑托架上下，以推動(dòng)零件向上移動(dòng)，如圖1（a）所示。

2）選用伺服電機(jī)，控制信號(hào)發(fā)出后能準(zhǔn)確地啟動(dòng)或停止。

3）上下行程開(kāi)關(guān)控制滑托架的的行程，能準(zhǔn)確地控制零件到達(dá)指定位置、控制電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，如圖1（b）所示。

（5）搬運(yùn)快捷

將零件裝進(jìn)儲(chǔ)料箱內(nèi)，從外側(cè)能看到零件是否裝滿，可將整箱零件很整齊地放置在大儲(chǔ)料箱內(nèi)或貨盤(pán)上搬運(yùn)，或存放在貨倉(cāng)內(nèi)，最后放入到上料系統(tǒng)上使用。都是一氣呵成，減少了重復(fù)勞動(dòng)。

3 主要組件的結(jié)構(gòu)

圖6 零件上料到位

（1）儲(chǔ)料箱

如圖3、圖4、圖7所示，儲(chǔ)料箱的上面是敞開(kāi)的，是出料口，下面凹凸不平是為了方便供料滑托架的托條伸入到零件底部而設(shè)的，底面還設(shè)有4個(gè)導(dǎo)向銷(xiāo)和2個(gè)定位孔，導(dǎo)向銷(xiāo)將與機(jī)架上的導(dǎo)向槽相配，用于儲(chǔ)料箱的推入；定位孔是錐度盲孔，用于和機(jī)架上裝有的彈性定位銷(xiāo)自動(dòng)定位。儲(chǔ)料箱的4個(gè)側(cè)面，一側(cè)為零件的底面，此面制有二長(zhǎng)槽，滑托架的托條可以插入并上下移動(dòng)供料，相對(duì)的一側(cè)為零件的放料口；另兩側(cè)有錐度，零件的放入口稍大，以便零件能容易地放入并能沿著錐面導(dǎo)向，使其放置整齊。儲(chǔ)料箱的底部零件入口處有長(zhǎng)方形的限位槽，以方便儲(chǔ)料箱蓋卡爪的插入，儲(chǔ)料箱的上部零件入口處有角鋼聯(lián)接板聯(lián)接，可以卡住儲(chǔ)料箱蓋的彈性卡扣。

圖7 空儲(chǔ)料箱可方便地推出取下

儲(chǔ)料箱蓋的下側(cè)有卡爪，可以插入到儲(chǔ)料箱對(duì)應(yīng)的限位槽內(nèi)，上側(cè)有彈性卡扣，可以卡入到儲(chǔ)料箱對(duì)應(yīng)的位置，將零件壓緊，儲(chǔ)料箱蓋并配有把手，用一定的力可以將儲(chǔ)料箱蓋拉出。

儲(chǔ)料箱和儲(chǔ)料箱蓋的聯(lián)接用卡爪和卡扣，不用螺釘和螺栓，在生產(chǎn)中使用很方便，可節(jié)約人力。

（2）彈性定位銷(xiāo)

圖8 彈性定位銷(xiāo)定位

如圖5、圖8所示，彈性定位銷(xiāo)由定位銷(xiāo)、壓簧和硅膠墊圈等零件組成，定位銷(xiāo)套上壓簧后，裝入到機(jī)架的“T”型孔內(nèi)，然后將硅膠墊圈在“T”型孔的底部卡入到定位銷(xiāo)上，避免定位銷(xiāo)的脫出，使定位銷(xiāo)90%以上的斜面伸出在機(jī)架的上平面、斜面的棱邊低于臺(tái)階面；壓簧的彈性使定位銷(xiāo)保持一定的向上頂起的力。當(dāng)儲(chǔ)料箱放入到機(jī)架上向工作方向推入時(shí)，由于定位銷(xiāo)的上部是斜面，儲(chǔ)料箱推入時(shí)將定位銷(xiāo)下壓，當(dāng)儲(chǔ)料箱繼續(xù)推入到位后，儲(chǔ)料箱底部的定位孔與定位銷(xiāo)對(duì)齊，定位銷(xiāo)在壓簧的作用上，向上伸出，定位銷(xiāo)的斜面可自動(dòng)定位儲(chǔ)料箱，使其不易移位。

（3）滑托架上料機(jī)構(gòu)

滑托架上料機(jī)構(gòu)，如圖1（a）、圖5（b）及圖7所示，由滑架、托條、直線軸承、導(dǎo)向軸、絲杠滑塊、滾珠絲杠、絲杠支撐座等組成。滑架和托條用鉚釘固定在一起，滑架上裝有直線軸承和絲杠滑塊，直線軸承與導(dǎo)向軸配合，使滑架沿著導(dǎo)向軸移動(dòng)，導(dǎo)向軸承載著滑托架的徑向力。絲杠滑塊與絲杠配合，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)使滑托架上下移動(dòng)，絲杠并承受滑托架的軸向力。絲杠的兩端配有絲杠支撐座，絲杠的一端裝有彈性聯(lián)軸器，與伺服電機(jī)聯(lián)接。靠近彈性聯(lián)軸器一側(cè)的絲杠支撐座，裝配的是2個(gè)向心推力球軸承，一反一正裝配，可承受兩個(gè)方向的軸向力。另一端（與機(jī)架固定的一端）只裝配一個(gè)向心球軸承，有一定的軸向間隙，可充許絲杠的熱脹冷縮。在此機(jī)構(gòu)中，除滑架和托條自行設(shè)計(jì)外，其他零件均已標(biāo)準(zhǔn)化。在設(shè)計(jì)選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)零件的受力狀況，并要對(duì)軸和絲杠進(jìn)行載荷分析和強(qiáng)度校核。

圖9 薄板折邊零件的防粘連設(shè)計(jì)

4 結(jié)束語(yǔ)

彈夾式上料系統(tǒng)，其儲(chǔ)料箱就猶如槍支中的子彈夾一樣，裝料方便，上料容易，供料可靠，搬運(yùn)快捷，減少重復(fù)勞動(dòng)，占用空間小，成本低廉，便于通用化和規(guī)范化，可配套于各種型式的自動(dòng)裝配機(jī)、自動(dòng)絲印機(jī)、零件加工機(jī)，相對(duì)于人工上料、可提高生產(chǎn)效率二倍以上，減少人工一倍以上，在自動(dòng)化生產(chǎn)和裝配中，具有非常廣闊的應(yīng)用前景[1]。

［1］壽軍波.鋼卷上料自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.機(jī)電工程，2013（1）：81-84，115.