微型步進(jìn)馬達(dá)總工程自動(dòng)組裝工藝研究與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

王永亮，廖新明

（日本電產(chǎn)三協(xié)電子（東莞）有限公司，廣東東莞 523325）

0 引言

隨著科技的不斷進(jìn)步，機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展也實(shí)現(xiàn)了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由低級(jí)到高級(jí)的變化過(guò)程，這是工業(yè)行業(yè)發(fā)展的必然，企業(yè)如何高效地提高經(jīng)濟(jì)效益，減少企業(yè)成本[1]是一大課題。本文針對(duì)微型步進(jìn)馬達(dá)總工程組裝設(shè)備設(shè)計(jì)，以減少公司人工成本、提升產(chǎn)品良品率為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)研發(fā)了一種微型步進(jìn)馬達(dá)總裝工程自動(dòng)作業(yè)的組裝設(shè)備及自動(dòng)特性檢查設(shè)備，運(yùn)行環(huán)形輪帶設(shè)計(jì)；同時(shí)獨(dú)特的可視判定，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人潤(rùn)滑油作業(yè)及摩擦齒輪傷判定，解決了本行業(yè)中瓶頸工程，提升了微型步進(jìn)馬達(dá)工程良品率。通過(guò)對(duì)自動(dòng)化組裝設(shè)備的模塊化設(shè)計(jì)，確定工藝流程，完全實(shí)現(xiàn)一條流水線(xiàn)多機(jī)種生產(chǎn)。

1 總裝工程組裝工藝

步進(jìn)微型馬達(dá)總組裝[2]是把各個(gè)部組工程產(chǎn)出部組品進(jìn)行總組裝后，進(jìn)行特性檢查，最終產(chǎn)出完成品。馬達(dá)總組裝工程包含：定子組與外殼組組裝、轉(zhuǎn)子組組裝、彈簧片組裝、齒輪組組裝、潤(rùn)滑油涂布、主軸組組裝、取付板組裝、馬達(dá)性能檢查、完品自動(dòng)捆包機(jī)等，通過(guò)在輪帶回轉(zhuǎn)治具[3]及各伺服機(jī)構(gòu)等組裝成馬達(dá)完成品，并在總組裝線(xiàn)自動(dòng)進(jìn)行馬達(dá)相關(guān)參數(shù)檢查[4]。如圖1所示。

圖1 微型步進(jìn)馬達(dá)總組裝線(xiàn)

2 重要機(jī)構(gòu)

2.1 定子組與外殼組自動(dòng)組裝機(jī)

總組裝工程定子組組裝部件包含2個(gè)部分：外殼組和定子組。

（1）外殼組自動(dòng)供給[5]機(jī)構(gòu)如圖2 所示。整體設(shè)備運(yùn)用振動(dòng)盤(pán)、直震料槽及機(jī)構(gòu)夾取供料。外殼組通過(guò)振動(dòng)盤(pán)自動(dòng)區(qū)分方向，直震料槽連續(xù)、可控供料，當(dāng)直震料槽滿(mǎn)料時(shí)振動(dòng)盤(pán)及直震料槽停止工作，夾取外殼組連續(xù)組裝，直震料槽外殼組下限時(shí)繼續(xù)工作，從而解決了外殼組持續(xù)供給導(dǎo)致疊料出現(xiàn)，以及減少電力資源損失。具體外殼組上料機(jī)構(gòu)如圖3所示。

圖2 外殼組自動(dòng)供給機(jī)構(gòu)

圖3 外殼組上料機(jī)構(gòu)

（2）定子組自動(dòng)組裝機(jī)如圖4所示。外殼組供給后由定子組裝機(jī)供給定子組，組裝機(jī)構(gòu)通過(guò)伺服器精密取付組裝至治具受臺(tái)。

2.2 轉(zhuǎn)子組自動(dòng)組裝機(jī)

（1）轉(zhuǎn)子組自動(dòng)組裝機(jī)利用可編程PLC[6]控制伺服電缸進(jìn)料，夾取放置到轉(zhuǎn)子清潔位置，進(jìn)行轉(zhuǎn)子組底部和側(cè)面清潔后，進(jìn)行自動(dòng)組裝，如圖5所示。

圖4 定子組自動(dòng)組裝機(jī)構(gòu)

圖5 轉(zhuǎn)子組自動(dòng)組裝機(jī)構(gòu)

2.3 齒輪組自動(dòng)組裝機(jī)

齒輪組裝機(jī)構(gòu)如圖6所示。運(yùn)用振動(dòng)盤(pán)、直震料槽供料，通過(guò)機(jī)械機(jī)構(gòu)夾具進(jìn)行自動(dòng)組裝工作。總組裝工程由三菱PLC[7]及威綸人機(jī)界面控制[8]，使用輪帶回轉(zhuǎn)治具，并通過(guò)氣缸限位把組裝受臺(tái)定位到各組裝機(jī)構(gòu)位置，各組裝機(jī)通過(guò)獨(dú)立專(zhuān)用設(shè)備組裝，完成微型步進(jìn)馬達(dá)系統(tǒng)化的組裝并完成特性數(shù)據(jù)檢查。

圖6 齒輪組自動(dòng)組裝機(jī)構(gòu)

3 關(guān)鍵技術(shù)和成果

3.1 主要技術(shù)指標(biāo)

自動(dòng)化裝配機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 自動(dòng)化裝配機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

本項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中主要解決了以下關(guān)鍵點(diǎn)。

（1）卷線(xiàn)組的取料彈性吸附技術(shù)。解決了線(xiàn)圈移位送料裝置中的移料零件將線(xiàn)圈送至取料位置點(diǎn)后，取料機(jī)構(gòu)與移料零件硬接觸且線(xiàn)圈定位不好的問(wèn)題。

（2）卷線(xiàn)組的放料同軸自校對(duì)定位問(wèn)題。通過(guò)彈性限位塊與組裝模組定位的圓柱端面圓弧倒角的組合，精簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)降低成本的同時(shí)能夠保證所需的定位精度。

（3）定子組外形彈性卡位導(dǎo)向技術(shù)。解決了模糊放料下的精確裝配問(wèn)題。一般零件，通過(guò)階梯軸和孔鍵的配合達(dá)到準(zhǔn)確裝配。針對(duì)非對(duì)稱(chēng)存在偏位的零件組裝，通過(guò)彈簧作用力與零件組成軸向彈性卡位，以及擋塊等完成與軸的裝配。

（4）自制校正模板。解決了機(jī)器視覺(jué)檢查中在顯微鏡下目視許多是無(wú)法區(qū)分的問(wèn)題。在檢測(cè)中將光源打到工件上反射光成像后進(jìn)行分析，工件在成型模具的加工紋路是各種各樣，但實(shí)際的反射角度是完全相反的，導(dǎo)致機(jī)器視覺(jué)的檢測(cè)結(jié)果完全相反或差異很大，因此需要對(duì)其進(jìn)行校正。

3.3 項(xiàng)目成果

（1）在取料/放料工程中采用自校對(duì)定位技術(shù)，采用緩沖器加限位塊定位的模式。限位塊頭部追加伸縮性良好的聚氨酯等彈性材料，目的是在限位位置點(diǎn)取料零件可以繼續(xù)前后移動(dòng)。放料/取料口部位中空?qǐng)A孔設(shè)計(jì)與組裝模組定位圓柱端面圓弧倒角處理，取料零件內(nèi)圓孔與定位圓柱外壁軸配套，放料零件初入定位圓柱時(shí)沿倒角自動(dòng)與定位圓柱外壁軸配套。

（2）定子組通過(guò)外形彈性卡位導(dǎo)向技術(shù)，將定子組各個(gè)模塊進(jìn)行組裝；此外，定子組采用自動(dòng)焊錫技術(shù)，通過(guò)不斷地嘗試與總結(jié)，發(fā)現(xiàn)烙鐵頭端部的形狀、傾角以及焊錫進(jìn)入的方向?qū)ψ詣?dòng)焊錫的品質(zhì)有重要影響。因此，通過(guò)改對(duì)烙鐵頭的形狀和傾角，滿(mǎn)足自動(dòng)焊錫設(shè)備達(dá)到高品質(zhì)、高產(chǎn)能需求。

（3）轉(zhuǎn)子組外觀檢查采用獨(dú)特三維一體技術(shù)，通過(guò)對(duì)設(shè)備組裝檢查品放置方向獨(dú)特處理，照相機(jī)短時(shí)閃斷多次成像，機(jī)器視覺(jué)放大30 倍檢測(cè)，提升轉(zhuǎn)子組外觀檢查率。

（4）總組裝工程采用回轉(zhuǎn)輪帶式，高精度組裝機(jī)構(gòu)模塊化裝配，即先通過(guò)零部件的組合裝配出具有不同功能機(jī)構(gòu)模塊，通過(guò)各模塊的組合裝配出滿(mǎn)足顧客要求的產(chǎn)品。因此，模塊化裝配的基本單元是獨(dú)立的模塊。企業(yè)的裝配線(xiàn)多是基于顧客訂單的裝配線(xiàn)，裝配過(guò)程具有動(dòng)態(tài)性。

4 應(yīng)用前景

目前公司通過(guò)本項(xiàng)目，微型步進(jìn)馬達(dá)年產(chǎn)值1.5億元人民幣，后續(xù)也會(huì)運(yùn)用新技術(shù)創(chuàng)新改善現(xiàn)有產(chǎn)品的組裝工藝，并通過(guò)團(tuán)隊(duì)研發(fā)創(chuàng)造，激勵(lì)技術(shù)人才高技能化發(fā)展，為后續(xù)創(chuàng)造更多的科技成果，提高生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)效益。今后將以此項(xiàng)目為開(kāi)拓點(diǎn)，多方向運(yùn)用新技術(shù)（可編程控制器、觸摸屏、步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)、伺服電機(jī)控制系統(tǒng)、變頻器系統(tǒng)、機(jī)械手（多關(guān)節(jié)）、新型傳感器、高精密工業(yè)相機(jī)等），對(duì)其各部組工程優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少工程中間各種資源損失，向成熟穩(wěn)定系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)成連續(xù)穩(wěn)定化、空間最優(yōu)化、效益最大化邁進(jìn)，進(jìn)一步形成微型步進(jìn)馬達(dá)總組裝工藝的良好發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

5 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目是在自動(dòng)控制系統(tǒng)下運(yùn)行，自動(dòng)設(shè)備生產(chǎn)效率是以前舊組裝工藝的數(shù)十倍，成果突出。通過(guò)對(duì)新裝配技術(shù)引用和創(chuàng)新，新穎的設(shè)計(jì)方法使占有系統(tǒng)資源最優(yōu)化，控制系統(tǒng)功能全面而又簡(jiǎn)潔，與傳統(tǒng)的手工組裝和行業(yè)其他公司生產(chǎn)的設(shè)備相比有明顯的成本、創(chuàng)新、效益優(yōu)勢(shì)。通過(guò)本項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了微型步進(jìn)馬達(dá)總工程自動(dòng)組裝設(shè)備設(shè)計(jì)，目前適用于微型步進(jìn)馬達(dá)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備還需深入研究，各行業(yè)自主研發(fā)設(shè)備推動(dòng)著電子產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的精密生產(chǎn)和批量生產(chǎn)，同時(shí)有效地緩解勞動(dòng)力短缺，改善工人的工作環(huán)境，模組化的設(shè)備設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)微型步進(jìn)馬達(dá)智能制造產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。