小孔徑高效分選機的開發(fā)及應用

□ 郭起躍 □ 秦曉鋒

長空精密機械制造公司 陜西漢中 723102

我公司生產(chǎn)的小模數(shù)齒輪工件孔徑大多為φ1.5～φ5 mm，圖紙要求孔徑公差一般不大于0.010 mm?？蛻粢笤摽着c客戶端軸工件配合的過盈量必須穩(wěn)定在0.005～0.012 mm范圍內，否則裝機后外部齒輪會偶然出現(xiàn)開裂或打滑等嚴重的質量問題。考慮到客戶端軸外圓存在0.002 mm的加工公差，這就必須使孔的公差保證在0.005 mm以內，而我公司目前的設備及刀具無法穩(wěn)定地大批量生產(chǎn)如此高精度的內孔。

為了既能保證裝配精度，又能采用經(jīng)濟的加工精度，經(jīng)雙方協(xié)商后決定采用分組裝配法，客戶根據(jù)我方工件孔徑分組檢驗結果來加工軸。分組裝配法是工程中常用的裝配方法，能夠擴大裝配組成環(huán)的公差，使工件能夠按照經(jīng)濟精度加工。因此需要在檢驗時對我公司生產(chǎn)的齒輪工件內孔進行分組，而此類工件年產(chǎn)量超過3 000萬件，采用人工分組效率低、成本高且準確率不夠高。為此，我公司開發(fā)了一臺高效的孔徑自動分選機，實現(xiàn)了對大批量小孔徑工件內孔直徑的自動分組。

1 檢驗分選原理

1.1 孔徑組的劃分

1.1.1 分組數(shù)的確定

因采用分組裝配，所以工件公差仍然按照0.010 mm進行控制。由于產(chǎn)品裝配要求的過盈量在0.005～0.012 mm范圍內，且客戶端軸外圓存在0.002 mm的加工公差，裝配精度要求高；同時由于工件孔徑較?。é?.5～φ5 mm），所以為了檢驗方便，分組數(shù)不宜過多，將孔徑尺寸分為兩組。

1.1.2 分組界限的確定

經(jīng)過前期對孔徑尺寸的統(tǒng)計，可見尺寸基本呈正態(tài)分布，因此，以工件孔徑公差（0.010 mm）的1/2為界進行劃分，即：

第一組，φD-0.005～φD；

第二組，φD-0.010～φD-0.005。

▲圖1 檢驗分選示意圖

1.2 分選原理

由于工件孔徑尺寸只分了兩組，所以檢驗分選就變得非常簡單。

1.2.1 分選探頭設計

工件尺寸的分選界限為φD-0.005，以此尺寸設計圓柱形探頭（類似于塞規(guī)），前段為錐度探測導向，如圖1（a）所示。如果分選探頭能夠通過工件孔徑，則該工件尺寸處于第一組，如圖1（b）所示；若分選探頭不能通過工件孔徑，則該工件尺寸處于第二組，如圖1（c）所示。

1.2.2 分選工藝流程

根據(jù)工件孔徑分選的自動化要求，制訂分選工藝流程，如圖2所示。

（1）上料：由于工件尺寸較小，所以采用人工無序上料；

（2）排序傳送：將無序的工件排列整齊并傳送至分選工作臺；

（3）工件定位：將工件準確定位至分選探頭正下方，同時考慮一定范圍的浮動，以防定位不準確導致?lián)p壞探頭和工件；

▲圖2 檢驗分選示意圖

（4）探測分選：探頭向下運動探測工件孔徑，進行分選，并分別送入各自料斗。

2 分選機開發(fā)

為了實現(xiàn)上述自動分選工藝流程，開發(fā)的孔徑自動分選機如圖3所示。

2.1 系統(tǒng)組成

分選機主要由4部分組成，分別為自動送料系統(tǒng)、工件定位系統(tǒng)、檢測分選系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。

2.1.1 自動送料系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由振動盤及導料槽組成，主要功能是使被測工件從無序雜亂的狀態(tài)，變?yōu)樨Q直排列整齊，并以均勻的速度傳送給檢測機構。為了提高分選效率，由振動盤送出的工件通過3個導料槽輸送，每個工作節(jié)拍可同時檢測分選3個工件。

2.1.2 工件定位系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由工件定位板、橫向定位氣缸、縱向定位氣缸組成。工件定位板由左右兩部分組成，分別開設3個半圓定位槽，在橫向定位氣缸和縱向定位氣缸的帶動下，往復運動實現(xiàn)定位。右半部分將工件從導料槽準確送至檢測探頭正下方，左半部分將檢測后的工件從檢測位置送至分選處進行分選。

2.1.3 檢測分選系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由探測氣缸、分選探頭和3個分選氣缸組成。工件到位后，探測氣缸帶動分選探頭下行，當工件尺寸處于第一組時，分選探頭通過工件孔下移，當工件尺寸處于第二組時，分選探頭不能通過工件孔，分選探頭桿接近下移的霍爾元件傳感器，發(fā)出指令信號。工件定位系統(tǒng)將檢測過的3個工件送至分選處3個對應的位置，由3個分選氣缸執(zhí)行分選。

▲圖3 孔徑自動分選機

2.1.4 電氣控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由可編程控制器（PLC）、電磁閥和數(shù)個控制開關組成，主要作用是通過電磁閥實現(xiàn)對各個氣缸的自動控制，并協(xié)調分選工藝流程的節(jié)拍。

2.2 系統(tǒng)工作過程

系統(tǒng)工作時，按照以下幾個節(jié)拍實現(xiàn)對工件的自動檢測分選。

（1）振動盤將工件通過導料槽送至檢測工作臺；

（2）縱向定位氣缸帶動工件定位板右移至右位，橫向定位氣缸帶動工件定位板前進，工件定位板右側定位槽卡住3個工件，縱向定位氣缸帶動工件定位板左移至左位，工件定位板右側的3個工件處于分選探頭正下方；

（3）探測氣缸帶動分選探頭下移探測，若工件尺寸處于第二組時，分選探頭不能通過工件孔，分選探頭桿被止住，與下移的霍爾元件傳感器感應，發(fā)出指令信號，然后分選氣缸帶動分選探頭上移退回；

（4）橫向定位氣缸帶動工件定位板后退，然后執(zhí)行第（2）步工作過程，在這個過程中，工件定位板左側定位槽將第（3）步檢測過的3個工件送至分選處；

（5）對應的3個分選氣缸，根據(jù)第（3）步發(fā)出指令信號執(zhí)行分選，如果工件尺寸處于第一組時，對應的霍爾元件傳感器沒有信號發(fā)出，分選氣缸不動作，工件沿著第一組尺寸工件通道被推入第一組料斗，如果工件尺寸處于第二組時，對應的霍爾元件傳感器發(fā)出信號，分選氣缸動作，拉開對應工件下方拉板，工件掉入第二組料斗；同時進行第（3）步。

分選機按照上述節(jié)拍自動循環(huán)檢測分選，將被測工件分成兩組。

3 結論

開發(fā)的分選機分選效率高，是人工分選的10倍以上，且分選穩(wěn)定性及準確度高。目前，我公司已使用該設備分選工件總數(shù)超過5 000萬件，經(jīng)過客戶裝機后，未出現(xiàn)齒輪打滑或開裂問題。該設備的成功開發(fā)和使用，為公司每年節(jié)約內外部的質量管理成本超過30萬元。該設備成本低，操作簡單，勞動強度低。同時，只需要更換分選探頭、導料槽以及工件定位板，就可實現(xiàn)其它工件的分選，有一定的推廣價值。