臥式蒙套自動壓裝系統的設計

唐 亮

（廣東省機械研究所，廣東廣州 510635）

0 引言

在微電機行業，轉子涂敷[1]前，轉子的軸等不需要涂敷的區域需要蒙套（夾具）對軸進行保護。在全自動涂敷線中，蒙套的自動壓裝系統對涂敷尺寸、質量的穩定起著非常關鍵的作用。結合某單位全自動涂敷線的情況及終端用戶對生產節拍的要求，設計了一套臥式蒙套自動壓裝系統。

1 功能概述

蒙套的壓裝分為手動壓裝和自動壓裝，在自動壓裝設備中均采用立式壓裝方式，其主要缺陷在占地面積大，效率相對較低，與涂敷線的集成度不高。臥式蒙套自動壓裝系統很好地解決了以上問題。該臥式蒙套自動壓裝系統布局如圖1所示，其主要分為上下料模塊、轉子定位模塊、壓裝模塊和蒙套接料模塊4個功能模塊，轉子壓裝蒙套后的結構如圖2所示。

（1） 上、下料模塊。由于該系統銜接線體前端的自動入軸設備及后續的涂敷主機，根據項目的需求，上、下料模塊包含了轉子輸送線[2]、機器人、機器人夾具及下料中轉平臺4大主要功能部件。

圖1 壓裝系統布局圖

（2） 轉子定位模塊。該模塊主要在蒙套壓裝前將轉子進行定位，由于轉子長軸側一端的軸比較長，轉子在蒙套壓裝過程中轉子會存在軸向力，因此轉子定位模塊中包含了轉子定位模具、轉子壓緊機構及長軸側的輔助定位機構3大主要功能部件。

（3） 轉子壓裝模塊。根據轉子規格的多樣性，蒙套的壓裝尺寸可根據涂敷尺寸自動調整，同時為保證蒙套壓裝質量及節拍，壓裝系統中設置了蒙套在不同壓入過程中的壓裝速度可調節的功能。轉子壓裝模塊主要包含伺服壓裝機構和壓裝塊2個主要功能部件。

（4） 蒙套接料模塊。由于該系統為自動壓裝系統，蒙套的需采用自動供料方式上料，以實現過程自動化。蒙套接料模塊主要包含雙級接料滑臺和蒙套導機構2個主要功能部件。

圖2 帶蒙套轉子

2 動作流程設計

根據前后設備的銜接方式及生產節拍，蒙套自動壓裝系統采用雙工位形式，即一次同時完成2個轉子的蒙套壓裝，系統的動作流程設計如下：

（1）上、下料模塊的轉子輸送線體，將已經壓好軸的轉子以水平放置的形式輸送到機器人取料位；

（2）蒙套接料模塊將完成蒙套的自動上料，并在壓裝機構取蒙套位等待；

（3）機器人帶動夾具（雙工位）移動到轉子輸送線的取料位置；

（4）機器人夾具夾取工件并移動至轉子定位模塊的定位槽；

（5）轉子定位模塊壓緊機構將工件定位、壓緊；

（6）首件壓裝時，機器人需重復動作（3）、（4），并在壓裝位上方等待；

（7）轉子壓裝模塊壓塊機構分別取兩側長、短蒙套，并將蒙套移動至滑動槽上；

（7）伺服壓裝機構將蒙套壓入工件，根據不同的轉子規格設定壓入深度；

（8）伺服壓裝機構壓入完成后，轉子定位模塊壓緊機構將松開并移至一側；

（9）機器人將已經壓好蒙套的轉子取出，將未壓蒙套的轉子放入定位模塊的定位槽；

（10）將已經壓好蒙套的轉子移動到涂敷線體的中轉夾具上，中轉夾具將工件放置在涂敷線的輸送螺桿上，進入涂敷工序。

3 關鍵機構的設計

3.1 機器人夾具設計及機器人選型

在上、下料模塊中，機器人夾具的設計[3]及機器人的選型[4]是重點。根據項目的需求及系統的布局圖，由于一次同時壓裝2個轉子，根據轉子材料，疊片直徑、厚度，軸直徑大小分析，整個轉子的質量約150～200 g，取轉子質量最大值200 g、轉子直徑?30 mm作為設計夾爪的基本參數，夾爪氣缸根據輸出力大小、行程及預留安全系數等，夾爪選用缸徑16 mm，單夾爪行程5 mm的Festo平行氣爪[5]，配合連接機器人、夾塊等附件，最終設計定型如圖3所示。為保證生產節拍，機器人夾具采用了雙工位設計。

機器人的選型，根據機器人在系統中的工作范圍、夾具的重量、系統要求的重復定位精度、生產節拍等綜合因素，選定了小型高速機器人ABB IBR 1200-5/0.9，其額定負載5 kg，工作半徑R=901 mm，重復定位精度±0.025 mm，其性能參數完全滿足系統的需求。

圖3 機器人夾具

3.2 伺服壓裝機構設計

根據壓裝系統設計的需求，在轉子規格變化時，系統自動調整蒙套的壓入尺寸，轉子壓裝模塊中的壓裝機構采用了伺服驅動設計[6]。

為保證帶蒙套的轉子在涂敷過程中蒙套不會發生脫離，蒙套在設計時孔的尺寸比軸偏小0.1～0.15 mm，通過樣件試制并做壓入試驗，單個蒙套壓入阻力20 N≤F≤35 N，在這個范圍內蒙套與軸的松緊度適中，不會發生脫落現象。根據壓裝負載、生產節拍、驅動方式設計了伺服壓裝機構，如圖4所示。

根據負載特性，壓蒙套時，壓裝機構受外力70N，受力點到滑塊的距離245 mm，同時綜合考慮加減速時間、裝配公差、摩擦因數、安全系數等因素，壓裝機構在經過選型計算[5]后，其主要零件參數確定為：伺服電機選用400 W，減速機選用速比i=5，滾珠絲杠直徑16 mm，導程16 mm。

圖4 伺服壓裝機構

4 結語

綜上所述，臥式蒙套自動壓裝系統具有占地小、自動化程度高、生產效率高的優點，該系統的目前已經研發成功并在終端用戶實際生產使用，其效率和壓裝質量均滿足生產要求。該系統的投用使用，進一步推動了高效、全自動轉子生產線推廣及使用，對微電機行業的升級改造及無人化自動生產線的普及起到非常積極的促進作用。