微动开关自动化装配工艺的设计

微动开关自动化装配工艺的设计

1国内外自动化装配技术的发展现状近年来，随着我国零件制造成本的持续降低，以及劳动力成本的逐年增加，特别是广东、东部、广东等沿海地区的产品生产成本逐渐上升到产品安装。在家庭产业和电子行业的小型和非本地零件的安装中，提高安装生产率的经济效益比简单地降低零件的生产成本更显著。我厂在1999年开始承接的定时器装配自动线、罩极电机装配自动线及磁控管装配自动线充分反映出国内对装配过程进行自动化的要求已非常迫切。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,近期已出现了FAS(柔性装配系统),装配过程通过自动监控、传感技术与装配机器人等实现了无人化操作。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检测段或见图2微动开关装配自动线要求:1)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。2)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。3)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。4)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。5)微动开关体上料1人,其他操作人员1人。设备加工件做防锈处理,外观整洁、美观。3动开关自动线系统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工艺流程:1检测检测线按比例控制分料、静相输出液管夹具体上线——步伐式输送及定位夹紧机构——开关底板上线——传动块装配(振盘送料、直振输送、分料、传动块转向)——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)——定位铜块下压——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——开关底板装配组件装配零件检测——开关上盖装配(振盘送料、直振输送、分料)——开关上盖下压——微动开关组件下装配线——夹具体下线——完整的微动开关输送到检测线。2开关组件通、断距离检测—)微动开关装配自动线检测段微动开关组件上线——步伐式输送及压紧装置——微动开关组件通、断力检测(开关、定位、检测)——微动开关组件通、断距离检测(开关定位、检测)——开关A型(NO)耐压检测(开关定位、检测)——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)——开关触点阻抗检测(开关定位、检测)——不合格开关下线——合格开关喷码——合格开关下线。4动开关安装自动线的设计原理1工件装配检测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,采用直线装配线体形式如图1所示:装配段1处按排人工上开关体,机械手2将开关体放到装配输送线体Ⅱ工位上,开关体从装配线体中间逐次通过Ⅱ—ⅩⅤ工位完成微动开关的装配。被装配的零件从装配线体两端自动上料,传动块从3处上料,在Ⅲ工位装配;静触点端子Ⅰ从4处上料,在Ⅳ工位装配;Ⅴ工位进行下压,使传动块和静触点端子Ⅰ装配到位;Ⅵ工位进行清洁;定位铜块从7处上料,在Ⅶ工位装配,同时Ⅶ工位夹具体自身能进行两工位水平移位,实现三种型号微动开关的装配;Ⅷ工位进行下压,保证定位铜块装配到位;静触点端子Ⅱ从9处上料,在Ⅸ工位进行装配;Ⅹ工位下压,保证静触点端子Ⅱ装配到位;Ⅺ工位进行清洁;Ⅻ工位进行检测,确保前几个工位装配的零件正确到位,无漏装、少装;开关上盖从13处上料,在ⅩⅢ工位装配;ⅩⅣ工位进行下压,确保开关上盖装配到位;16处机械手将装配完成的微动开关下线,下线的微动开关经输送线体19输送到微动开关检测段;夹具体在Ⅰ工位上装配线体,在ⅩⅥ工位下装配线体,通过18夹具体返回线到夹具体上线工位。微动开关在检测段20处机械手将开关放到检测输送线体上;21步伐式输送机构将微动开关逐次通过检测工位,完成微动开关检测及喷码;22处进行微动开关通、断力检测;23处进行通、断距离检测;24处进行微动开关电气参数检测(耐压检测、阻抗检测);25处根据主控制模板指令将不合格品剔除下线;26处进行合格微动开关喷码及下线。2回采过程中的补装和定位成功率高、测量配合a)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,装配完成后开关从ⅩⅤ工位下线,夹具体从ⅩⅥ工位下线,经夹具体返回输送线18返回,在Ⅰ工位重新上装配线。为保证整个装配过程的高效性、高可靠性,将夹具体步伐式输送、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。如图2所示:夹具间歇分度机构用于传动夹具体步伐式输送带,由输送带传送夹具体作步伐式移动占1/4装配节拍;夹具体移动到位后由定位夹紧机构实现夹具体的精定位和夹紧,约占2/3装配节拍;因工序按排机械手将在两个工位抓取装配零件,为让开零件定位夹紧面,机械手需进行两次上升、下降动作完成零件的抓取及装配,机械手每次上升或下降时间设计占1/4装配节拍;机械手前伸、后退用于零件的装配、取料,在两个工作位置移动,约占1/2装配节拍。其它执行动作(机械手指抓取零件、下压清洁机构运动、真空发生器动作、检测机构动作、夹具体上下线、零件改变方向的翻转动作等)由控制中心PLC按动作时序分配在主运动的不同时段,实现微动开关的装配顺序。b)主机械传动运动机构主机械传动运动机构如图3所示:整个运动部件传动链传动比i=1,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—28—50—T040A,用于机械运动在设备出现故障时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OMRON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。3零件装配精度对自动上料可靠性的影响根据微动开关装配自动生产线工艺流程的安排及微动开关装配零件自身结构特点,装配的传动块、静触点端子Ⅰ、定位铜块、静触点端子Ⅱ、开关上盖等零件的上料工序原理设计考虑为相同,只是因为每种零件的具体结构不同,上料装置的结构设计上有所区别,该工序平面布置图如图4所示:零件上料工序的安排为:a)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。b)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: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。c)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。d)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。5检测段试验段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。6光电开关检测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。a)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。b)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。c)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。7自动化控制设备在技术方面的应用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