基于馬蹄形的蜂鳴器裝配機設計研究

【摘 要】傳感器技術、人工智能和網絡通信技術的發展，為產品傳統裝配工藝的自動化實現提供了可能。馬蹄形蜂鳴器普遍規格較小，殼體涂膠、端子抓取等工藝的自動化實現難度較大。文章通過對馬蹄形蜂鳴器結構和裝配工藝流程的分析，將工藝流程分解為若干個工藝動作，然后針對其工藝難點進行了專門的設計。借助傳感器采集裝配狀態信息，通過程序協調控制及各執行機構的緊密配合，實現了馬蹄形蜂鳴器的高精度自動化裝配。

【關鍵詞】馬蹄形蜂鳴器;裝配;自動化;系統設計

0 引言

蜂鳴器作為警示類電子元器件被廣泛地應用于多種產品中，由于產品的智能化和微型化需求，因此蜂鳴器的規格也趨向于小型化。蜂鳴器采用直流電壓供電，作為執行元件與控制系統結合，實現產品的發聲警示功能。

由于規格較小，裝配的精度要求較高，自動化實現難度大，因此傳統的流水線生產中常采用人工作業模式。馬蹄形蜂鳴器的裝配中殼體涂均勻、熱鉚機構、焊錫機構等工序，通常都是由人工完成的，極大地浪費了人力，提高了產品的成本。本設計中針對馬蹄形蜂鳴器裝配中的工藝難點，給出了自動化的解決方案，實現了馬蹄形蜂鳴器的全流程自動化裝配。

1 蜂鳴器裝配零部件及裝配工藝分析

通過對馬蹄形蜂鳴器結構的分析可知，它主要包括五大部件，分別為外殼、下蓋、蜂鳴片和左、右插針。其規格普遍較小，指針的針尖寬度僅為0.8 mm左右。此外，馬蹄形與常規的圓形蜂鳴器裝配有所不同，必須精準地識別其槽口特征，進行定位后方可進行裝配。指針的抓取控制、膠量的控制和定位的精準度和協調性要求都較高。關鍵工藝流程如下。

1.1 裝配工序

馬蹄形蜂鳴器的裝配過程中，裝配的工序較多，因此裝配機的設計需要從結構上進行優化，裝配的過程中需要進行工序的交叉作業，盡量壓縮工序的工位。通過對馬蹄形蜂鳴器裝配工序的分析可知，要完成蜂鳴器組件的裝配，需要完成外殼組件及下蓋組件的裝配，具體的裝配順序如下：首先進行蜂鳴器蓋的裝配，其次著進行左針腳、右針腳的裝配，再次進行蜂鳴片與外殼的裝配，最后進行外殼組件與下蓋組件的裝配。

1.2 檢測工序

檢測工序包括裝配工藝中子流程檢測和總工藝流程檢測。子工藝流程檢測包括各個分解動作完成后檢驗是否裝配合格，總工藝流程檢驗是對于產品合格的檢驗。檢測工序主要的目的是對蜂鳴器裝配組件的檢驗和測試等。例如，涂膠流程需要對涂膠的均勻度和厚度進行檢驗、端子安裝完成后需要檢驗其是否到位等。

1.3 調整工序

端子的安裝對于位置的精準度有非常嚴苛的要求，因此在裝配中一次定位無法保證其定位的準確性，需要通過調整工序進行二次定位。此外，在抓取的過程中，氣爪需要對其位置進行調整，然后執行精準的抓取動作。

1.4 輔助工序

輔助工序包括上料工序和下料工序。上料工序是為裝配的工藝流程提供原材料，包括自動上料和不良料的分揀。下料工序是將裝配完成的成品傳送到成品箱中，保證整個裝配工序的正常運行。

2 馬蹄形蜂鳴器裝配機創新設計

2.1 馬蹄形蜂鳴器裝配機技術方案

蜂鳴器是由外殼、蜂鳴片和插針組成，因此其裝配流程依據零部件的裝配而設計，將每一個裝配環節細化為多個分解動作，然后通過傳感器檢測、控制系統處理和執行機構操動完成裝配。系統裝配方案如圖1所示。

如圖1所示，蜂鳴器的裝配主要包括蜂鳴片、端子組裝和涂膠（外殼）組裝3個環節。所有流程環節的動作均由觸摸屏發出命令，然后控制分割器組件動作，在其帶動下轉盤、外殼傳遞組件和前道傳送架相互配合，完成零部件的上料和組裝，進而輸出成品。

外殼傳送組件和前道傳送架配合完成殼體供料，第一氣缸推動頂塊使殼體升到和軌道齊平的高度，步進電機通過皮帶帶動齒輪旋轉，外殼傳送組件將殼體撥送至軌道。第二氣缸控制旋轉工位上下以完成涂膠，第三氣缸連接定位桿推動殼體配合完成蜂鳴片的安裝，同時氣缸帶動滑軌滑塊上連接的壓頭壓緊蜂鳴片。為了保證涂膠的均勻性，在電機控制的旋轉桿上帶有光電開關，將涂膠的厚度轉換為電信號，經控制系統處理后，做到涂膠的精準控制。

端子的組裝包括針的抓取、壓緊和熱鉚動作，它的核心控制流程在于氣缸和氣爪的動作和定位。第一抓針氣缸通過滑軌滑塊控制氣爪的升降，第一抓針氣缸帶有磁性開關，在氣爪的抓取與放置動作中實現精準定位。第二抓針氣缸推動轉動塊和轉角塊動作，可以實現氣抓的旋轉動作。通過轉動塊、轉角塊、轉軸等相配合，可在一定角度內實現旋轉氣缸的功能。端子與蜂鳴片壓緊后，焊錫機構將端子與蜂鳴片進行焊接。最后下料機構完成組成成品的傳送和下料。

2.2 前道傳送架設計

前道傳送架是馬蹄形蜂鳴器裝配的關鍵部分之一。通過前道傳送架可以完成蜂鳴片與殼體的裝配，這屬于裝配流程的前道工序。前道傳送架完成蜂鳴器殼體的傳送、涂膠、蜂鳴片的安裝動作。蜂鳴器殼體的傳送經過前一工序的篩選，需要傳送到同一平面完成該工序裝配任務。因此，本設計中采用了第一氣缸和傳送組件撥送的設計，第一氣缸可推動殼體到工作平面，傳送組件將殼體撥動至軌道位置。當殼體被傳送到涂膠工序時，第二氣缸控制組件旋轉完成涂膠動作，然后由光電開關檢測涂膠的厚度，合格后繼續傳送到下一道工序，由第三氣缸完成蜂鳴片的安裝。前道傳送架需要完成兩道工序，因此傳送帶采用步進電機驅動。基于這一工藝流程，考慮到機械設計的合理性和工藝的便利性，第一氣缸的一側設置有步進電機，步進電機的下方設置有第二氣缸，且步進電機的一側設置有第三氣缸，第三氣缸的另一側設置有第四氣缸。前道傳送架結構如圖2所示。

2.3 馬蹄形蜂鳴器裝配機特點

2.3.1 裝配動作的自動化實現

本裝配機實現了馬蹄形蜂鳴器的自動化，采用模塊化設計，根據裝配的動作和工藝流程分解了若干工序。從自動選料到裝配、下料的自動化，涂膠、涂漆、熱壓、焊錫等工序都由程序控制執行機構完成，機構的工序穩定性較高，極大地提高了馬蹄形蜂鳴器的裝配效率和合格率。

2.3.2 涂膠厚度的精細化控制

在蜂鳴片的裝配中，需要涂膠和壓緊，如果涂膠太少則蜂鳴片牢固性不好，如果涂膠較多，壓緊后會溢出，可能會影響蜂鳴器的電氣性能，出現不良品。因此，在電機控制的旋轉桿上裝設光電開關，將涂膠厚度轉換為電信號，然后由程序處理后精準地控制涂膠量。

2.3.3 端子的精準抓取

蜂鳴器端子電源的輸入端，任何微小的裝配差異都會導致蜂鳴器無法正常供電。此外，蜂鳴器端子較小，氣爪抓取的難度極高。因此，端子的精準抓取直接影響裝配產品的合格率。基于這一問題，在端子抓取工藝的設計中，首先通過氣缸和滑塊的配合，氣爪可以實現靈活的轉動。其次在氣爪驅動氣缸上面增設了磁性開關。當檢測到有端子時氣爪與端子的相對位置立即被鎖定，然后氣爪在程序的控制下實現精準地抓取。

3 總結

蜂鳴器總體規格都較小，對于裝配的要求較高，因此自動化裝配的實現難度大。本裝配機的設計首先對蜂鳴器的結構和工藝流程進行了分析，然后對工藝流程進行動作分解，完成了機械結構的優化布局。此外，傳感采集、綜控處理、執行機構的協調配合，很好地解決了定位精度、精準抓取和上料適量等自動化裝配難題。

參 考 文 獻

[1]項永金，戴銀燕.貼片壓電式蜂鳴器結構可靠性研究與設計[J].電子產品世界，2019（10）：66-69.

[2]謝偉.一種圓形插針蜂鳴器自動化裝配設備的研究及設計[D].廈門：廈門理工學院，2017.

[3]胡逸洲.伺服機構大尺寸組件自動裝配技術研究[D].北京：中國航天科技集團公司第一研究院，2017.

[4]袁利祥.一種圓形插針壓電蜂鳴器自動裝配機[P].中國專利：CN201970089U，2019.

[5]袁利祥.一種馬蹄形蜂鳴器裝配機[P].中國專利：CN201721905720.8，2017.