通用燈飾全自動(dòng)組裝設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱柱錦 朱洪雷 代慧

摘要：為了提高通用燈飾的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，降低企業(yè)人力成本，設(shè)計(jì)了一種通用燈飾全自動(dòng)組裝設(shè)備，可減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高企業(yè)生產(chǎn)效率，并提高產(chǎn)品總體質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：通用燈飾;全自動(dòng)組裝;LED燈盤(pán)

0 引言

通用燈飾生產(chǎn)涉及多道生產(chǎn)工序，其中組裝工藝對(duì)工人的技術(shù)水平要求較高，組裝工藝環(huán)節(jié)一旦出現(xiàn)問(wèn)題，將直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，從而降低其成品率。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備被越來(lái)越多地應(yīng)用于燈飾、電子、汽車零部件、日用化工等多種工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。

本文設(shè)計(jì)的通用燈飾全自動(dòng)組裝設(shè)備可將LED系列通用燈飾的燈罩、底座、線路板等工件，按照程序規(guī)定的動(dòng)作，完成成品的自動(dòng)組裝，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)安全性，可有效避免工傷事故的發(fā)生。

1 設(shè)備設(shè)計(jì)方案

1.1 ? ?全自動(dòng)組裝設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)LED燈盤(pán)系列的通用燈飾組裝工藝要求，本文設(shè)計(jì)了以PLC控制單元為核心的全自動(dòng)組裝設(shè)備。該設(shè)備主要包含：燈罩自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)、PCB自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)、底座自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)、分割器、自動(dòng)組裝擰緊機(jī)構(gòu)、成品自動(dòng)下料機(jī)構(gòu)等。LED燈盤(pán)系列全自動(dòng)組裝設(shè)備的三維結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

（1）燈罩自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)首先使用振動(dòng)盤(pán)自動(dòng)放置燈罩，然后使用真空裝置完成產(chǎn)品的上下取放動(dòng)作，再利用導(dǎo)向滑軌搬運(yùn)產(chǎn)品部件，最后利用簡(jiǎn)單的導(dǎo)向塊設(shè)計(jì)，就可以確定產(chǎn)品的組裝順序，而不需要復(fù)雜機(jī)構(gòu)完成該動(dòng)作，節(jié)約了設(shè)計(jì)成本。

（2）PCB自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)采用料盤(pán)預(yù)先放置PCB的方式，實(shí)現(xiàn)批量的PCB自動(dòng)備料，解決了PCB連片上料困難的問(wèn)題。伺服電機(jī)機(jī)械手能精準(zhǔn)地將料盤(pán)中的產(chǎn)品依次吸取出來(lái)并壓入組裝設(shè)備。料盤(pán)移栽機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)及精密絲桿組成，有效地保證了其結(jié)構(gòu)精度。

（3）底座自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)使用振動(dòng)盤(pán)將LED燈盤(pán)底座進(jìn)行定位并自動(dòng)送至指定工位，使用限位氣缸即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的分段上料，保證了組裝過(guò)程的動(dòng)作協(xié)調(diào)性。

（4）自動(dòng)組裝擰緊機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)使用旋轉(zhuǎn)氣缸翻轉(zhuǎn)半成品，以便后續(xù)的組裝，使用氣缸滑軌等自動(dòng)化部件完成半成品的傳送及組裝。首先氣缸動(dòng)作固定燈罩，然后步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)底座旋轉(zhuǎn)，即可完成產(chǎn)品的擰緊組裝工序。

（5）成品自動(dòng)下料機(jī)構(gòu)。LED燈盤(pán)完成自動(dòng)組裝擰緊工序后，被送到下一個(gè)工位，使用電磁閥連接撥片，通過(guò)撥片動(dòng)作完成成品的下料工序，動(dòng)作簡(jiǎn)單，節(jié)約成本。

1.2 ? ?全自動(dòng)組裝設(shè)備的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

全自動(dòng)組裝設(shè)備控制單元采用三菱公司的FX3U系列PLC。FX3U系列PLC包括高速輸入輸出適配器、模擬量輸入輸出適配器和溫度輸入適配器，這些適配器不占用系統(tǒng)I/O資源，使用方便。其中，該系列PLC的高速輸入適配器包括頻率為200 kHz的高速計(jì)數(shù)器，高速輸出適配器可最多實(shí)現(xiàn)4軸定位控制，響應(yīng)速度可達(dá)5 μs。LED燈盤(pán)系列全自動(dòng)組裝設(shè)備的PLC控制系統(tǒng)流程如圖2所示。

2 產(chǎn)品分析

本文設(shè)計(jì)的全自動(dòng)組裝設(shè)備主要應(yīng)用于通用燈飾LED系列燈盤(pán)的自動(dòng)組裝，實(shí)際應(yīng)用表明，將全自動(dòng)組裝設(shè)備組裝的LED燈盤(pán)與人工組裝的LED燈盤(pán)相比，全自動(dòng)組裝設(shè)備組裝的產(chǎn)品具有一致性好、成品率高等優(yōu)點(diǎn)。全自動(dòng)組裝設(shè)備組裝的產(chǎn)品如圖3所示。

3 結(jié)語(yǔ)

在通用燈飾的生產(chǎn)、組裝工作中，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低，且存在一定的風(fēng)險(xiǎn)隱患，為此本文設(shè)計(jì)了一種通用燈飾全自動(dòng)組裝設(shè)備，可取代人工進(jìn)行產(chǎn)品組裝，不僅有效減少了人力資源，提高了工作效率，還消除了生產(chǎn)過(guò)程中存在的安全隱患。該全自動(dòng)組裝設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用表明，每臺(tái)全自動(dòng)組裝設(shè)備可代替6名熟練的組裝工人，設(shè)備每天可運(yùn)行24 h，工人每天工作8 h，1臺(tái)設(shè)備實(shí)際上可節(jié)省18名組裝工人的人力成本，設(shè)備投資回收期約為9個(gè)月，具備一定的推廣與應(yīng)用價(jià)值。

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收稿日期：2020-08-07

作者簡(jiǎn)介：朱柱錦（1982—），男，廣東博羅人，碩士，工程師，研究方向：工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)及改造、節(jié)能技術(shù)改造及推廣應(yīng)用。