一種自動化上料系統(tǒng)的設(shè)計

黃發(fā)喜，黃維博

（1.深圳市北鼎晶輝科技股份有限公司，廣東深圳 518104；2.中國移動通信集團廣東有限公司深圳分公司，廣東深圳 518026）

小家電行業(yè)，實際上是勞動密集型產(chǎn)業(yè)，其絲印、裝配都是人工取料、人工操作、人工裝配。勞動強度大，生產(chǎn)效率低。如果能設(shè)計出一套標準的、系列的自動上料系統(tǒng)及機構(gòu)，將對生產(chǎn)及裝配自動化、提高生產(chǎn)效率、減少人工成本，產(chǎn)生重要的意義。

如圖1所示，為彈夾式上料系統(tǒng)，何為彈夾，就是裝在儲料箱內(nèi)的零件就好像是子彈裝在子彈夾內(nèi)一樣，子彈能很容易地裝在子彈夾內(nèi)，子彈夾能很容易地裝入槍膛，一顆一顆地發(fā)射子彈。彈夾式上料系統(tǒng)，就是借鑒子彈夾的原理設(shè)計和制造的。其靜止部分主要由機架、機座、儲料箱、儲料箱蓋組成，其運動部分主要由伺服電機、彈性聯(lián)軸器、滾珠絲杠、絲杠滑塊、絲杠支撐座、滑托架、直線軸承和導(dǎo)向軸等組成，其限位控制裝置主要有上下行程開關(guān)、導(dǎo)向銷、導(dǎo)向槽和彈性定位銷。此外還配有放料架，以方便裝料。

圖1 彈夾式自動上料裝置

1 工作原理

在生產(chǎn)時，將儲料箱放在放料架上，如圖2所示。從五金沖制或塑膠注塑或零件初加工等加工好的零件，直接放入到儲料箱內(nèi)，如圖3所示。零件放滿后，將儲料箱蓋蓋好，如圖4所示。然后將盛有零件的儲料箱放入到上料系統(tǒng)機架上，推入并自動定位，如圖5所示。

開始上料時，啟動伺服電機，伺服電機轉(zhuǎn)動，通過彈性聯(lián)軸器，使?jié)L珠絲杠轉(zhuǎn)動，滾珠絲杠兩端用絲杠支撐座支撐。絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠滑塊帶動滑托架向上移動，從而推動零件向上。零件向上到達指定位置碰觸到限位開關(guān)，限位開關(guān)接通，如圖6所示，電機停止轉(zhuǎn)動，滑托架停止上升，零件停止上移。隨后檢測信號控制機械手將最上一個零件取走，用于加工、絲印或裝配。零件取走后，限位開關(guān)斷開，控制伺服電機重新啟動，又一個上料動作開始。

儲料箱的零件用完后，上料系統(tǒng)自動啟動電機反轉(zhuǎn)，使滑托架下移，滑托架下移至初始位置，使下限位開關(guān)接通，電機停止轉(zhuǎn)動，并發(fā)出放料信號。操作工將空儲料箱移出，如圖7所示，再取下，然后將盛有零件的儲料箱放入到機架的限定位置，繼續(xù)使用。

圖2 儲料箱放在料架上

2 自動上料系統(tǒng)的特點

（1）零件之間要避免粘連。

設(shè)計薄板零件并有高低不平的折邊時，要注意避免零件之間的粘連。如圖3、圖9所示的零件，是多士爐機芯的前側(cè)板，為了提高零件的強度，薄板零件一般都需要增加折邊。由于有折邊的存在，因而零件按同一方向放置在一起時，零件與零件之間很容易卡住。在手工取料時，五金部沖制前側(cè)板，一般是配對并立放。但在自動上料時，零件需按照一定的方向順序排列，在不浪費材料、不影響零件結(jié)構(gòu)和裝配的情況下，選取基本均勻的4個爪作為放置面，放置在另一個前側(cè)板的同樣位置上并對齊，為了避免上下翻邊相互粘連，將上下翻邊做92.5°的斜度，即上大下小，以方便零件的取出。這樣就可以有效的解決同一零件之間的粘連問題。

圖3 零件放入儲料箱內(nèi)

圖4 儲料箱蓋旋轉(zhuǎn)卡緊時將零件進一步壓齊

（2）裝料方便

這主要體現(xiàn)在兩個方面，一是零件部門在生產(chǎn)時，零件易于裝入儲料箱內(nèi)，將零件儲料箱放置在一個通用的放料架上，如圖2所示，儲料箱有六個面，其中有兩個面是敞開的，兩個敞開的面，一個面敞開是為了放料，一個面敞開是為了供料。儲料箱與地面夾角為30°～60°左右。便于零件放入儲料箱內(nèi)。二是零件裝入儲料箱后零件的位置準確。儲料箱的兩側(cè)有一定錐度導(dǎo)向，開口大，零件易放入。當零件由重力作用向下時，儲料箱兩側(cè)的錐度起導(dǎo)向和限位作用，零件放進去后左右側(cè)即主動對齊，如圖3所示。由于零件裝入時會有摩擦力的存在，零件裝好后，較輕的零件其下沿有可能對得不齊，儲料箱加蓋時，蓋板的一端能很容易地卡入到儲料箱內(nèi)，蓋板的另一端下壓，將蓋板的彈性扣與儲料箱的棱沿卡緊，并將零件壓整齊，以保證自動上料時零件的位置是準確的，如圖4所示。

（3）上料容易

在儲料箱底部設(shè)計有導(dǎo)向銷和定位孔，在放置儲料箱的機架臺面上設(shè)計有導(dǎo)向槽和彈性定位銷，如圖5、圖6所示。將儲料箱放置在放料臺面上，將儲料箱底部的導(dǎo)向銷插入到放料臺面的導(dǎo)向槽內(nèi)，如圖5（a）所示，這時滑托架的托板也很容易插入到儲料箱最低零件的底部。將儲料箱沿著導(dǎo)向槽推入到指定位置后，儲料箱即被限位，定位系統(tǒng)使儲料箱自動定位。供料托板也插入到儲料箱內(nèi)的指定位置以備上料，如圖5（b）所示。

圖5 儲料箱推入上料裝置

儲料箱內(nèi)的零件用完后，供料托架自動下降到底部指定位置，將儲料箱沿著裝入時的相反方向用一定的力使其脫離定位裝置后推出，如圖7所示，取下儲料相，然后進行下一個供料循環(huán)。

（4）供料精確可靠

1）滑架裝有直線軸承導(dǎo)向，滾珠絲杠機構(gòu)使滑托架上下，以推動零件向上移動，如圖1（a）所示。

2）選用伺服電機，控制信號發(fā)出后能準確地啟動或停止。

3）上下行程開關(guān)控制滑托架的的行程，能準確地控制零件到達指定位置、控制電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，如圖1（b）所示。

（5）搬運快捷

將零件裝進儲料箱內(nèi)，從外側(cè)能看到零件是否裝滿，可將整箱零件很整齊地放置在大儲料箱內(nèi)或貨盤上搬運，或存放在貨倉內(nèi)，最后放入到上料系統(tǒng)上使用。都是一氣呵成，減少了重復(fù)勞動。

3 主要組件的結(jié)構(gòu)

圖6 零件上料到位

（1）儲料箱

如圖3、圖4、圖7所示，儲料箱的上面是敞開的，是出料口，下面凹凸不平是為了方便供料滑托架的托條伸入到零件底部而設(shè)的，底面還設(shè)有4個導(dǎo)向銷和2個定位孔，導(dǎo)向銷將與機架上的導(dǎo)向槽相配，用于儲料箱的推入；定位孔是錐度盲孔，用于和機架上裝有的彈性定位銷自動定位。儲料箱的4個側(cè)面，一側(cè)為零件的底面，此面制有二長槽，滑托架的托條可以插入并上下移動供料，相對的一側(cè)為零件的放料口；另兩側(cè)有錐度，零件的放入口稍大，以便零件能容易地放入并能沿著錐面導(dǎo)向，使其放置整齊。儲料箱的底部零件入口處有長方形的限位槽，以方便儲料箱蓋卡爪的插入，儲料箱的上部零件入口處有角鋼聯(lián)接板聯(lián)接，可以卡住儲料箱蓋的彈性卡扣。

圖7 空儲料箱可方便地推出取下

儲料箱蓋的下側(cè)有卡爪，可以插入到儲料箱對應(yīng)的限位槽內(nèi)，上側(cè)有彈性卡扣，可以卡入到儲料箱對應(yīng)的位置，將零件壓緊，儲料箱蓋并配有把手，用一定的力可以將儲料箱蓋拉出。

儲料箱和儲料箱蓋的聯(lián)接用卡爪和卡扣，不用螺釘和螺栓，在生產(chǎn)中使用很方便，可節(jié)約人力。

（2）彈性定位銷

圖8 彈性定位銷定位

如圖5、圖8所示，彈性定位銷由定位銷、壓簧和硅膠墊圈等零件組成，定位銷套上壓簧后，裝入到機架的“T”型孔內(nèi)，然后將硅膠墊圈在“T”型孔的底部卡入到定位銷上，避免定位銷的脫出，使定位銷90%以上的斜面伸出在機架的上平面、斜面的棱邊低于臺階面；壓簧的彈性使定位銷保持一定的向上頂起的力。當儲料箱放入到機架上向工作方向推入時，由于定位銷的上部是斜面，儲料箱推入時將定位銷下壓，當儲料箱繼續(xù)推入到位后，儲料箱底部的定位孔與定位銷對齊，定位銷在壓簧的作用上，向上伸出，定位銷的斜面可自動定位儲料箱，使其不易移位。

（3）滑托架上料機構(gòu)

滑托架上料機構(gòu)，如圖1（a）、圖5（b）及圖7所示，由滑架、托條、直線軸承、導(dǎo)向軸、絲杠滑塊、滾珠絲杠、絲杠支撐座等組成?；芎屯袟l用鉚釘固定在一起，滑架上裝有直線軸承和絲杠滑塊，直線軸承與導(dǎo)向軸配合，使滑架沿著導(dǎo)向軸移動，導(dǎo)向軸承載著滑托架的徑向力。絲杠滑塊與絲杠配合，絲杠轉(zhuǎn)動使滑托架上下移動，絲杠并承受滑托架的軸向力。絲杠的兩端配有絲杠支撐座，絲杠的一端裝有彈性聯(lián)軸器，與伺服電機聯(lián)接。靠近彈性聯(lián)軸器一側(cè)的絲杠支撐座，裝配的是2個向心推力球軸承，一反一正裝配，可承受兩個方向的軸向力。另一端（與機架固定的一端）只裝配一個向心球軸承，有一定的軸向間隙，可充許絲杠的熱脹冷縮。在此機構(gòu)中，除滑架和托條自行設(shè)計外，其他零件均已標準化。在設(shè)計選擇時應(yīng)根據(jù)零件的受力狀況，并要對軸和絲杠進行載荷分析和強度校核。

圖9 薄板折邊零件的防粘連設(shè)計

4 結(jié)束語

彈夾式上料系統(tǒng)，其儲料箱就猶如槍支中的子彈夾一樣，裝料方便，上料容易，供料可靠，搬運快捷，減少重復(fù)勞動，占用空間小，成本低廉，便于通用化和規(guī)范化，可配套于各種型式的自動裝配機、自動絲印機、零件加工機，相對于人工上料、可提高生產(chǎn)效率二倍以上，減少人工一倍以上，在自動化生產(chǎn)和裝配中，具有非常廣闊的應(yīng)用前景[1]。

［1］壽軍波.鋼卷上料自動控制系統(tǒng)的設(shè)計［J］.機電工程，2013（1）：81-84，115.