有裝球缺口深溝球軸承自動(dòng)裝球機(jī)的研制

楊湘達(dá)， 王連吉，李興林，溫春盛，王續(xù)躍

(1.大連理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 大連 116023；2.杭州軸承試驗(yàn)研究中心有限公司，杭州 310022；3.瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 瓦房店 116300)

軸承工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家將自動(dòng)裝配線作為保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、改善操作條件的突破口而大力開(kāi)發(fā)和應(yīng)用[1-2]。國(guó)外少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從軸承零件生產(chǎn)加工到軸承裝配以及最后的成品軸承的檢測(cè)包裝的自動(dòng)化[3]。我國(guó)在軸承自動(dòng)裝配方面起步較晚，裝球多采用手工裝配，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，而且嚴(yán)重影響了軸承自動(dòng)裝配生產(chǎn)線的推廣和應(yīng)用[4-5]。

深溝球軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要用于承受徑向載荷，也可承受一定的軸向載荷[6]。有裝球缺口的深溝球軸承比標(biāo)準(zhǔn)型深溝球軸承徑向承載能力大，因此需求量增加很快[7]。隨著此類軸承的批量化，軸承裝配過(guò)程中的手工裝球就顯現(xiàn)出了生產(chǎn)效率低的弱點(diǎn)。因此，研制了一種適用于有裝球缺口的深溝球軸承自動(dòng)裝球機(jī)，下文以6309軸承(內(nèi)、外圈均帶有裝球缺口，鋼球直徑為17.463 mm)為例，介紹裝球機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制系統(tǒng)。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 整體結(jié)構(gòu)

自動(dòng)裝球機(jī)主要有上料裝置、內(nèi)外圈定位裝置、自動(dòng)檢測(cè)裝置、自動(dòng)裝配裝置等組成，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1—上料裝置；2—外圈定位裝置；3—內(nèi)圈定位裝置；4—撥球裝置；5—裝球裝置；6—檢測(cè)裝置；7—送球裝置；8—出料裝置；9—排料裝置

1.2 工作過(guò)程

自動(dòng)裝球機(jī)工作原理如圖2所示，其工作過(guò)程如下。

圖2 軸承自動(dòng)裝球機(jī)工作原理圖

(1)內(nèi)、外圈上料。手工填裝鋼球后，由傳送帶將已預(yù)裝球的軸承送至上料裝置，上料氣缸帶動(dòng)推動(dòng)塊將其送至內(nèi)、外圈定位裝置處。軸承預(yù)裝球時(shí)球不能在同一側(cè)，至少要有一個(gè)球與其他球?qū)ΨQ，使內(nèi)圈與外圈保持同心。

(2)自動(dòng)定位和檢測(cè)。外圈通過(guò)外圈定位裝置中的定位氣缸和夾緊氣缸實(shí)現(xiàn)定位；內(nèi)圈通過(guò)內(nèi)圈定位裝置中的定位氣缸實(shí)現(xiàn)定位；由自動(dòng)檢測(cè)裝置中的光纖傳感器檢測(cè)內(nèi)、外圈裝球口，使內(nèi)圈裝球口與外圈裝球口對(duì)正，便于軸承裝球。

(3)自動(dòng)裝配包括自動(dòng)撥球、送球和裝球。內(nèi)、外圈定位后，由自動(dòng)撥球裝置的撥球氣缸帶動(dòng)撥球板進(jìn)行自動(dòng)撥球，以便留出空位進(jìn)行下一步裝球操作；撥出空位后，由自動(dòng)送球裝置的送球氣缸帶動(dòng)送球機(jī)構(gòu)送球，使鋼球滾至已對(duì)正好的裝球口處；自動(dòng)裝球裝置的沖壓桿在主壓頭氣缸的帶動(dòng)下進(jìn)行自動(dòng)裝球，6309深溝球軸承共需要裝入11個(gè)鋼球，手工裝入7個(gè)，剩余4個(gè)由自動(dòng)裝球設(shè)備重復(fù)撥球、裝球4次，完成一套軸承的裝球。

(4)自動(dòng)出料。軸承裝好球后，由自動(dòng)出料裝置將軸承推至出料板，依靠自身重力經(jīng)出料板的下底板出料。

(5)自動(dòng)排料。軸承經(jīng)下料板進(jìn)入自動(dòng)排料裝置的排料座，由排料氣缸帶動(dòng)推板將軸承逐一推至排料座上的重塊處。

(6)串桿下料。當(dāng)排料道排滿18套軸承時(shí)，手工串桿將軸承取出。

1.3 自動(dòng)定位裝置

內(nèi)、外圈自動(dòng)定位裝置如圖3所示。其工作原理為：待裝球軸承被送入工作臺(tái)后，外圈基準(zhǔn)定位裝置伸出，外圈定位連桿通過(guò)與其連接的氣缸活塞桿的伸出而定位軸承外圈，下部的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)即可帶動(dòng)軸承外圈一起旋轉(zhuǎn)；內(nèi)圈定位轉(zhuǎn)頭向下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)內(nèi)圈定位轉(zhuǎn)頭的軸肩來(lái)定位內(nèi)圈，定位轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)可帶動(dòng)內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)；置于內(nèi)、外圈定位裝置上的光纖傳感器分別向內(nèi)、外圈發(fā)射光信號(hào)，同時(shí)采集返回信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到內(nèi)、外圈裝球口均處于指定位置時(shí)，內(nèi)、外圈定位裝置停止轉(zhuǎn)動(dòng)，等待進(jìn)行下一步工序。

1—連桿；2—待裝球軸承；3—定位轉(zhuǎn)頭；4—外圈基準(zhǔn)定位裝置

1.4 自動(dòng)撥球、裝球裝置

自動(dòng)撥球、裝球裝置如圖4所示。其工作原理為：PLC控制自動(dòng)撥球裝置，撥球氣缸下行，與之連接的撥球滑塊向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)撥球板向下進(jìn)行一次撥球，留出空位，等待下一次裝球；PLC控制自動(dòng)裝球裝置，主壓頭氣缸下行，與之連接的沖壓塊向下移動(dòng)，帶動(dòng)沖壓桿向下進(jìn)行一次裝球；重復(fù)撥球、裝球4次，完成一套軸承的裝球。若出現(xiàn)裝球故障或料筒內(nèi)無(wú)鋼球時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)故障停機(jī)，杜絕漏裝或不合格品流入下一工序。

1—主壓頭氣缸；2—撥球氣缸；3—沖壓塊；4—撥球滑塊；5—沖壓桿；6—撥球板

2 電氣控制系統(tǒng)

系統(tǒng)基于PLC控制，完成軸承自動(dòng)上料、定位、檢測(cè)、裝球、下料的操作，實(shí)現(xiàn)了軸承裝配的自動(dòng)化，提高了檢測(cè)精度和生產(chǎn)效率[8-9]。

控制系統(tǒng)硬件由CP1H-M40DR-A可編程控制器、KEYENCE光纖傳感器、伺服電動(dòng)機(jī)、多規(guī)格和型號(hào)的氣缸、接近開(kāi)關(guān)、磁性開(kāi)關(guān)、傳送帶電動(dòng)機(jī)和電磁閥等組成。

控制系統(tǒng)根據(jù)該設(shè)備所需的數(shù)字量輸入(DI) 點(diǎn)和數(shù)字量輸出(DO) 點(diǎn)，在滿足控制邏輯點(diǎn)數(shù)的前提下，根據(jù)PLC的性能和特點(diǎn)，選擇OMRON可編程控制器作為系統(tǒng)控制單元[10]。PLC控制系統(tǒng)邏輯框圖如圖5所示。PLC接線圖如圖6所示。

圖5 控制系統(tǒng)邏輯框圖

圖6 PLC接線圖

圖7為氣動(dòng)原理圖，整機(jī)氣路圖中電磁閥4V21001～4V21011在節(jié)點(diǎn)Ⅰ處采用并聯(lián)方式連接，每個(gè)電磁閥對(duì)應(yīng)一個(gè)氣缸。

圖7 氣動(dòng)原理圖

3 結(jié)束語(yǔ)

研制的有裝球缺口深溝球軸承自動(dòng)裝球機(jī)已投入實(shí)際生產(chǎn)使用，運(yùn)行良好。裝球成功率可達(dá)98%，裝球平均速度為11s /個(gè)，降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度。PLC和伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)保證了裝配精度，同時(shí)也滿足了工作平穩(wěn)和安全可靠的要求。設(shè)備調(diào)整方便，通用性較強(qiáng)，通過(guò)調(diào)換轉(zhuǎn)盤和定位轉(zhuǎn)頭可實(shí)現(xiàn)其他型號(hào)深溝球軸承的自動(dòng)裝配。