手表機芯自動化裝配系統(tǒng)及相配套機芯的研發(fā)

引 言

2008年世界金融風(fēng)暴以來，全球各地、各行業(yè)都受到了重大的波及和影響，日益與世界經(jīng)濟接軌的中國也受到了不可避免的沖擊。其影響的一個顯著的方面就是使得中國制造行業(yè)的用工凸顯緊張。自08年底以來，國內(nèi)大部分生產(chǎn)型企業(yè)面臨的一個共同問題就是用工短缺。國內(nèi)的手表機芯生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)方式仍以手工生產(chǎn)為主，因而用工的短缺就給這些企業(yè)的發(fā)展造成了很大的阻礙。今年國內(nèi)鐘表市場機芯供應(yīng)的普遍短缺就是這一影響的具體表現(xiàn)。

就國際水平而言，不可否認中國國內(nèi)機芯的質(zhì)量水平與日本等發(fā)達國家的機芯質(zhì)量忍讓存在著相當(dāng)?shù)牟罹唷＞科湓?，機芯的存手工生產(chǎn)是制約其質(zhì)量提升的重要因素。國內(nèi)的機芯生產(chǎn)仍然屬于勞動密集型生產(chǎn)，這就在精準(zhǔn)度、生產(chǎn)效率、工藝水平等方面大大的制約了國內(nèi)機芯質(zhì)量水平的提升。

手表機芯自動化裝配系統(tǒng)的應(yīng)用能夠從根本上解決以上嚴(yán)重制約機芯生產(chǎn)的質(zhì)量和效率的問題。一方面，手表機芯自動化裝配系統(tǒng)能夠大大提高機芯的人均產(chǎn)量，從根本上為企業(yè)勞動力短缺提供解決之道。另一方面，手表機芯的自動化裝配能夠大大避免存手工操作存在的誤差和損耗的問題，為企業(yè)的生產(chǎn)節(jié)約成本，并將大幅度提高手表機芯生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)量。

1、手表機芯自動化裝配系統(tǒng)及相配套機芯的研發(fā)背曩

雖然我國鐘表產(chǎn)量已占壘球的80%，但銷售額卻不到10%，在中國市場，從銷售量來看，國產(chǎn)表占了80%的市場份額，但從銷售額來講。進口表卻占了近80%的市場份額。

應(yīng)當(dāng)說中國鐘表制造企業(yè)發(fā)展很快，正在逐步崛起，但跟世界著名的瑞士、日本鐘表制造企業(yè)相比，差距依然很大，不僅在品牌上存在著很大的差距，而且在技術(shù)上也存在一定的差距。在日本，石英手表機芯產(chǎn)品的廢品率只有0.3%，而我們國內(nèi)大多數(shù)機芯制造企業(yè)的廢品率卻高達5%;在日本，機芯的準(zhǔn)高配實現(xiàn)自動化，安裝一個機芯零件的平均時間不到2秒，一條生產(chǎn)線只需1-2人管理，一天課生產(chǎn)80000萬只，生產(chǎn)效率很高。但在我國還有不少企業(yè)壘靠人海戰(zhàn)術(shù)，一個工人負責(zé)一個零件的安裝。一條線需要68人，每天工作10個小時，生產(chǎn)16000只，上產(chǎn)效率低，勞動成本高。

精密手表機芯裝配工藝由近30道工序組成。有齒輪與軸之間的裝配、構(gòu)件與夾板之間的裝配、齒輪與齒輪之間的裝配、線圈焊接裝配、壓裝連接裝配等等，研究這些零件、構(gòu)件、組件等等裝配方法、工藝路線和裝配技術(shù)對自動化轉(zhuǎn)配系統(tǒng)的研究開發(fā)具有重要作用。

現(xiàn)有的指針式電子手表，采用離含桿轉(zhuǎn)動，帶動其上的過輪下軸移動，過輪成傾斜狀態(tài)與分輪齒脫開。由于結(jié)構(gòu)的原因，過輪不能傾斜過大，因而容易出現(xiàn)撥針不順的情況;過輪上軸及傳動輪下軸均細長，存在注塑時容易變形的問題，而且過輪及傳動輪在裝配過程中容易歪倒，增加了裝配的難度;正極片于主夾板采用熱鉚和，不僅拆裝麻煩，不利于實現(xiàn)裝配自動化，而且容易順壞零件。為了克服上述的缺陷，特別研究開發(fā)一種撥針順暢，裝配簡捷的手表機芯。

2、手表機芯自動化裝配系統(tǒng)及相配套機芯產(chǎn)的概述

手表機芯自動化裝配系統(tǒng)是根據(jù)手表精密機芯的特點，首先從單個微細零件的分選、抓取、輸送、定位、操作等方祛開展實驗研究，以此為基礎(chǔ)，對單個微細零件的分選、抓取，輸送、定位、操作裝置進行設(shè)計開發(fā)，并根據(jù)精密機芯的裝配工藝進行精密機芯關(guān)鍵零部件自動化裝配單元的設(shè)計，制造、裝配、調(diào)試和試運行，最后進行整個系統(tǒng)的裝配和聯(lián)機調(diào)試。

同時為配合手表機芯自動化裝配系統(tǒng)的運作，特別設(shè)計研發(fā)一種新型手表機芯。其主要特點是采用離合彈簧撥動滑塊運動，使得滑塊沿分輪孔與過輪孔連線方向做直線移動，克服了傳統(tǒng)的采用離合桿轉(zhuǎn)動。帶動其上的過輪下軸移動，讓過輪傾斜來實現(xiàn)過輪齒與分輪齒脫離這種結(jié)構(gòu)存在的弊端，解決了撥針不順的問題，保證里撥針的順暢。

3、手表機芯自動化裝配系統(tǒng)及相配套機芯的關(guān)鍵技術(shù)概述

3.1 手表機芯自動化裝配系統(tǒng)的核心技術(shù)介紹手表機芯自動化裝配系統(tǒng)主要解決的核心技術(shù)有:

①、基于機器視覺的微細零件分選與抓取技術(shù)微細零件的正確定向是零件抓取的必要條件，主要擬采用一種自裝配技術(shù)。通過振動激勵和零件形狀相配合，設(shè)計一種振動送料器，送料器的振動產(chǎn)生隨機運動，該運動與零件自身的重力一起產(chǎn)生零件定向和傳輸所需的驅(qū)動力。零件在抓取前的定位可以通過機械定位機構(gòu)的設(shè)計來實現(xiàn)。

A、手爪的定位:保證手爪能正確定位到細微零件的抓取位置。

B、消除零件表面粘滯力的影響，

c、控制抓取力，避免在操作過程中使零件變形或損壞零件的表面。

②基于機器視覺和力觸覺的微細零件精確裝配裝置技術(shù)

采用的關(guān)鍵技術(shù):運用視覺功能模塊在接收到監(jiān)控程序的命令后，通過對數(shù)字圖像幀進行處理，計算出目標(biāo)物體的位置、角度等參數(shù)，然后通過監(jiān)控程序發(fā)送給裝配控制模塊以實現(xiàn)裝配操作。裝配控制模塊則包含了機器人和微動裝配平臺的控制算法，驅(qū)動裝配現(xiàn)場中的機器人實現(xiàn)微器件的組裝;

③研究開發(fā)技術(shù)路線圖:

3.2 新型手表機芯的核心技術(shù)介紹

本新型手表機芯的特征在于:它包括離合彈簧、滑塊、柄軸、主夾板，過輪及分輪，分輪通過設(shè)于主夾板上的分輪孔安裝在主甲板上，過輪通過設(shè)于滑塊上的過輪孔安裝在滑塊上，柄軸于離合彈簧配合滿足:當(dāng)柄軸做推拉運動時，離合彈簧發(fā)生彈性形變，使得滑塊沿分輪孔與過輪孔的連線方向移動，過輪和分輪處于齒合或脫離狀態(tài)。

如圖1、圖2、圖3、圖4所示的新型手表機芯，包括離合彈簧1、滑塊2、柄軸3，過輪4、分輪5、傳動輪6及主夾板7，分輪4通過設(shè)干主夾板7上的分輪孔B3安裝在主夾板7上，過輪5通過設(shè)于滑塊2上的過輪孔B4安裝在滑塊2上，過輪4的下齒面設(shè)有無齒軸和有齒軸，上齒面的中心位置設(shè)有一個限位凸點，作為過輪軸向限位用，當(dāng)柄軸3向里推動時，離合彈簧1發(fā)生彈性形變，使得滑塊2沿過輪孔的中心點B4與分輪孔的中心點B3的連線R并朝B3方向移動，實現(xiàn)過輪4和分輪5齒合，當(dāng)柄軸3向外拉動時，離合彈簧l發(fā)生彈性形變，使得滑塊2沿分輪孔的中心點B3與過輪孔的中心點B4的連線R并朝B4方向移動，實現(xiàn)過輪4和分輪5脫離。它還包括一個傳動輪6，其下齒面設(shè)有一個盲孔，主夾板7設(shè)有一個與傳動輪6盲孔相匹配的軸。舍得孔與軸剛好形成動配合。

如圖5所示，它還包括一個正極片8，正極片8設(shè)有6個貸槽孔的彈臂9，主夾板7設(shè)有6個與彈臂的槽孔相匹配的凸臺10，使得彈臂9的槽孔剛好扣住主夾板7的凸臺10，并形成緊扣合。當(dāng)正極片彈臂扣住主夾板凸臺時，正極片的底面也通過墊塊緊緊壓住線圈鐵芯11和定子片的磁路導(dǎo)通，保證馬達可靠工作。

如圖6、圖7所示，它還包括一個線圈鐵芯1I、電路板12，線圈鐵芯11的兩端設(shè)有鐵芯鐵塊13和電路板墊塊14。電路板墊塊14位于線圈鐵芯11靠電路板12的一側(cè)，鐵芯墊塊13位干線圈鐵芯11的另一側(cè)。電路板12上設(shè)有連個定位孔121、122，電路板墊塊14設(shè)有與連個定位孔121、122相匹配的兩個定位柱141、142，電路板12與電路板墊塊14配合滿足;使得線圈鐵芯1l通過電路板墊塊14與電路板12連接組合成一體。

4、產(chǎn)品市場化

該新產(chǎn)品主要依托香港生產(chǎn)力促進局的技術(shù)力量，研發(fā)設(shè)計國內(nèi)首條首套的國產(chǎn)化先進設(shè)備，已通過省科學(xué)技術(shù)成果鑒定，具有視覺、力覺的精密機芯中微細零件抓取、定位、裝配關(guān)鍵新技術(shù)和新裝置，可以達到精密手表機芯無人化和自動化裝配生產(chǎn)，從而解決了鐘表行業(yè)技術(shù)瓶頸問題，提高了產(chǎn)品的精準(zhǔn)率和機芯的品質(zhì)，降低原材料消耗，提高與日本鐘表抗衡能力，替代進口，對我省鐘表業(yè)乃至我國鐘表產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有極大的促進作用。

該新產(chǎn)品的研制與開發(fā)使每條生產(chǎn)線需要的人員從原來的60名減少到6名，生產(chǎn)能力、成品的精準(zhǔn)率和完好率大大提高，精準(zhǔn)率和完好率從原來的90%提高到98%，實現(xiàn)了高精密度的手表機芯質(zhì)量與檔次的提高，降低損耗，成本從原來的3元/只下降到1.8元/只。該新產(chǎn)品投入使用后，使產(chǎn)品質(zhì)量能夠持續(xù)穩(wěn)定，漳州生產(chǎn)石英表機芯企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量提高近一倍。提高與日本鐘表抗衡能力，打破了原來我國鐘表機芯由日本龔斷的局面，對福建省鐘表業(yè)乃至我國鐘表業(yè)發(fā)展有極大的促進作用。

5、結(jié)束語

國內(nèi)鐘表機芯生產(chǎn)企業(yè)想要實現(xiàn)產(chǎn)品的大步提升，為企業(yè)自身創(chuàng)造更多的價值，使國內(nèi)機芯產(chǎn)品能夠和日本等國家的機芯一較高下，只有依靠科技進步，大膽采用高新技術(shù)，研發(fā)新產(chǎn)品，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù)，才能帶動產(chǎn)業(yè)技術(shù)提升和產(chǎn)業(yè)鏈延伸。手表機芯自動化生產(chǎn)裝配系統(tǒng)的應(yīng)用正是在實現(xiàn)這一目標(biāo)下因運而生，我們也深切的期望手表機芯自動化裝配系統(tǒng)的應(yīng)用能夠成為國內(nèi)鐘表行業(yè)騰飛的開端。