一種光學(xué)防抖馬達自動烘烤設(shè)備設(shè)計

凌斌 廖新明 陳鈞懷

摘要：目前光學(xué)防抖馬達組裝點膠后的烘烤工藝基本以人工手動放入烤箱為主，故其效率低下，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，并存在一定的安全隱患。針對此問題，設(shè)計了光學(xué)防抖馬達自動烘烤設(shè)備。結(jié)合先進工業(yè)技術(shù)，采用一定的機架機構(gòu)、部品運送機構(gòu)和電氣設(shè)備，研究光學(xué)防抖馬達自動進入烤箱烘烤的方法。解決了光學(xué)防抖馬達組自動定位精度、受臺移動時其位置精度等問題，設(shè)計了獨特的夾取機構(gòu)及專用馬達放置治具，實現(xiàn)了光學(xué)防抖馬達自動烘烤，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，提升了光學(xué)防抖馬達的品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：光學(xué)防抖;自動烘烤;烤箱溫度;部品運送機構(gòu);夾持組件

中圖分類號：TP23文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1009-9492（2021）12-0254-04

Design of Automatic Baking Equipment for Optical Anti Shake Motor

Ling Bin，Liao Xinming，Chen Junhuai

（ Nidec Sankyo Electronics （ Dongguan） Co. ，Ltd. ，Dongguan，Guangdong 523325，China ）

Abstract：At present，the baking process of optical anti shake motor after assembly and dispensing is basically manual putting into the oven，therefore，ithaslowefficiency，unstableproductqualityandcertainpotentialsafetyhazards. Tosolvethisproblem，theautomaticbakingequipment ofopticalantishakemotorwasdesigned. Combinedwithadvancedindustrialtechnology，acertainframemechanism，parttransportation mechanism and electrical equipment were used to study the method of automatic entry of optical anti shake motor into the oven forbaking. The problems such as the automatic positioning accuracy of the optical anti shake motor group and the position accuracy when the receiver moves were solved. A unique clamping mechanism and a special motor placement fixture were designed. The automatic baking of the optical anti shake motor was realized，the production cost of the enterprise was reduced，and the quality of the optical anti shake motor was improved.

Key words：optical anti shake;automatic baking;oven temperature;parts delivery mechanism;clamping assembly

0 引言

在光學(xué)防抖馬達的生產(chǎn)過程中，需要對某些特定部品進行烘烤，現(xiàn)有部品的烘烤一般采用人工放取的方式來進行烘烤作業(yè)，此作業(yè)方式工作效率低，工作強度大，人工成本高，并且人工作業(yè)難以保證烘烤時間的精準(zhǔn)，同時也存在手足燙傷隱患，因此有必要予以改進。市場競爭日趨激烈，企業(yè)生產(chǎn)勞動力成本的增加，國內(nèi)各工業(yè)企業(yè)爭相開展設(shè)備革新，各行各業(yè)秉持機械換人，從而降低企業(yè)成本。其中光學(xué)防抖馬達在點膠后的烘烤工序也急需從人工手動不斷改進轉(zhuǎn)化，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，實現(xiàn)對部品自動進行烘烤作業(yè)，確保烘烤時間的精準(zhǔn)，保護技術(shù)人員。為了達到上述目的，本文設(shè)計了一種自動烘烤設(shè)備，包括機架以及設(shè)于機架上的烤箱和部品運送機構(gòu)，烤箱設(shè)有烤層，部品運送機構(gòu)包括部品夾持組件以及夾持驅(qū)動組件，夾持驅(qū)動組件驅(qū)動部品夾持件移動至烤層內(nèi)。本文從減少企業(yè)人力成本、提升企業(yè)自動化程度的方向出發(fā)，設(shè)計研發(fā)光學(xué)防抖馬達自動烘烤自動化設(shè)備，在研發(fā)過程中，著重處理如何同時夾取馬達放置受臺、如何精確到達烤層、烤層如何打開和關(guān)閉以及烤箱溫度如何保持均勻等問題，對此進行深入探討，在經(jīng)過一些列的討論與改善后，運用其獨特的夾取機構(gòu)和專用馬達放置受臺相互配合的設(shè)計、烤箱兩側(cè)設(shè)通風(fēng)口以及推拉治具的設(shè)計，不僅提升了本工序光學(xué)防抖馬達烘烤的生產(chǎn)效率以及良品率，還提升了部品良品率，為逐步實現(xiàn)智能制造打下基礎(chǔ)。

1 光學(xué)防抖馬達自動烘烤方案

光學(xué)防抖馬達自動烘烤[1]始終以提升產(chǎn)品質(zhì)、減少安全隱患、降低成本、提高生產(chǎn)效率和減少工人勞動強度為目標(biāo)。在送料組件中，采用氣缸、電池閥以及輔助作用的滑軌，來限制其運動軌跡，從而達到送料以及排出的效果;在部品運送機構(gòu)中，采用氣缸、導(dǎo)桿、伺服電機、皮帶以及同步帶輪的共同作用下，確保其能準(zhǔn)確到達指定位置，夾取馬達放置受臺，并通過氣缸帶動皮帶，驅(qū)動同步帶輪，實現(xiàn)烤層推拉組件同步運行，完成烤層拉開及關(guān)閉的動作;在烤箱中，通過兩側(cè)設(shè)有加熱模塊及出風(fēng)口，來確?？鞠鋬?nèi)部溫度相對均勻的基本思路，同時考慮設(shè)備故障時，如何快速維修調(diào)整，盡可能減少故障維修時間為中心，最終在設(shè)計優(yōu)化、通力協(xié)作、有序運行的前提下，實現(xiàn)設(shè)備每天高效率生產(chǎn)，減少公司運營成本。

1. 1 設(shè)備整體

光學(xué)防抖馬達自動烘烤包括機架以及設(shè)于機架上的烤箱和部品運送機構(gòu)，烤箱設(shè)有烤層，部品運送機構(gòu)包括部品夾持組件以及夾持驅(qū)動組件，夾持驅(qū)動組件驅(qū)動部品夾持件移動至烤層內(nèi);通過烤箱自動對部品烘烤時間進行規(guī)劃，確保烘烤時間的精準(zhǔn)，通過部品夾持組件對部品進行夾持，并通過夾持驅(qū)動組件驅(qū)動部品夾持組件移動，將部品運送至烤箱內(nèi)烘烤或?qū)⒉科酚煽鞠鋬?nèi)移除，此設(shè)備主要由部品運送機構(gòu)、送料組件、烤箱、機架、操控系統(tǒng)[2]（觸摸屏、PLC、電磁閥）、機加工零件、光感元件、溫度感應(yīng)元件、市購品標(biāo)準(zhǔn)件、氣動元件等部分組成。如圖1所示。

1. 2 馬達自動烘烤工藝困難點

（1）部品運送機構(gòu)、送料組件與上下運送組件均需使用精密電機及氣缸，確保其能到達指定位置且誤差小于0. 1 mm，才能確保各個機構(gòu)之間無誤差配合;否則，移送精度不足時，部品運送機構(gòu)中的夾持驅(qū)動組件就無法準(zhǔn)確夾取送料板上的馬達放置受臺，且也無法準(zhǔn)確將其放入到烤層定位孔中，并會撞擊馬達放置受臺造成受臺中馬達散落、劃傷等現(xiàn)象，且浪費人員、時間進行整理，所以設(shè)備移送精度為首要考慮要素。

（2）傳統(tǒng)烤箱溫度傳遞[3]有差異，其自下而上的溫度傳遞會導(dǎo)致烤層與烤層之間存在溫差，內(nèi)部溫度不一致，即存在一種“下熱上冷”的現(xiàn)象;影響到中上層可能存在溫度低于標(biāo)準(zhǔn)值，從而導(dǎo)致馬達膠水未凝固，接著強度達不到標(biāo)準(zhǔn)，降低馬達品質(zhì)等問題，所以烤箱內(nèi)部溫度保持一致性也是重要考慮要素。

（3）馬達放置受臺定位孔和每一層烤層中的定位

PIN 設(shè)計不合理，會造成部品放置受臺未放到位、夾取過程中撞擊導(dǎo)致部品掉落、夾持組件未準(zhǔn)確夾取受臺而報警等眾多問題多發(fā)。

（4）烤層推拉組件中的推拉治具與烤層相配合的定位孔需設(shè)計間隙配合，預(yù)留較充裕的位置，否則會出現(xiàn)烤層未關(guān)緊報警問題多發(fā)。

2 光學(xué)防抖馬達自動烘烤設(shè)備重要機構(gòu)說明

2. 1 部品運送機構(gòu)

部品運送機構(gòu)由部品夾持組件、夾持驅(qū)動組件、上下運送組件以及烤層推拉組件組成。如圖2所示。

2. 1. 1 夾持驅(qū)動、部品夾持組件及送料板

（1）光學(xué)防抖馬達自動烘烤設(shè)備經(jīng)過初期試做運行，發(fā)現(xiàn)送料板定位銷（兩邊）的外形結(jié)構(gòu)及馬達放置受臺外形對夾持組件能否準(zhǔn)確夾取受臺有重要影響，在馬達放置受臺外形設(shè)計不合理時，會造成夾持組件撞擊受臺、受臺卡死（一高一低）、夾持組件未夾到位而報警等現(xiàn)象，所以送料板定位銷（兩邊）的外形結(jié)構(gòu)及夾持治具卡槽的相關(guān)寸法經(jīng)過多次檢討、改善及研究設(shè)計，最終在滿足光學(xué)防抖馬達自動烘烤設(shè)備使用的情況下，達到高品質(zhì)、高產(chǎn)能需求。如圖3所示。

（2）馬達放置受臺與夾持組件治具的結(jié)構(gòu)配合的可行性研究，為了確保馬達放置受臺準(zhǔn)確被夾持并且進入烤箱，降低機臺故障報警率，同時延長夾持治具與馬達放置受臺的使用壽命，故而使用與受臺相同材質(zhì)的治具，對圖4所示的兩種治具配套方案進行了實驗研究，結(jié)果表明方案①在夾持過程中出現(xiàn)受臺傾斜情況較多，高度不一致，限位困難;方案②較為適合，夾持治具卡槽與受臺配合良好，受臺被夾持高度基本一致，移動過程中較為穩(wěn)定，滿足馬達穩(wěn)定進入烤箱需求。

2. 1. 2 上下運送組件

為了確保上下運送組件滿足烤箱行程及準(zhǔn)確到達烤層位置。本設(shè)備采用伺服電機[4]帶動同步輪，進而帶動精密絲桿，使部品運送機構(gòu)可以平穩(wěn)地上下移動，同時為了保證部品運送機構(gòu)運行中的平行度和同軸度，在其兩側(cè)增加導(dǎo)向軸及滾珠襯套來限制其上下移動的活動軌跡。

2. 1. 3 烤層推拉組件

為了實現(xiàn)推拉烤層，本設(shè)備采用氣缸作為驅(qū)動元件，帶輪為傳動，帶動兩個推拉治具同時前后運動，達到推拉烤層的目的，且為了保持兩推拉治具運動過程中不發(fā)生偏移，在其運動軌跡上增加精密級滑軌，限制其運動方向及位置。如圖5所示。

2. 2 送料組件

送料組件由兩個滑軌、氣缸、送料板組成，主要作用在于與外部搬送裝置對接，通過氣缸驅(qū)動，滑軌限制運動軌跡，保證其位移平行度，帶動送料板完成送料與排出動作。其中為了避免馬達放置受臺反置，在兩端定位銷分別采用圓形銷和菱形銷，其受臺對應(yīng)的孔位也設(shè)計相應(yīng)的形狀，以此作為防呆裝置。

2. 3烤箱溫度存在溫差對部品質(zhì)的影響

烤箱溫度對部品質(zhì)存在決定性作用，在光學(xué)防抖馬達中，烤箱溫度設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值為85±8℃。若烤箱中溫度低于設(shè)定值，則接著劑未達到凝固溫度，從而導(dǎo)致部品接著強度不達標(biāo);若溫度高于設(shè)定值，則會破壞接著劑內(nèi)部特性。故而烤箱溫度對部品質(zhì)十分重要，必須嚴格把控。

考慮到烤箱溫度是否平穩(wěn)對于部品質(zhì)起到?jīng)Q定性作用，應(yīng)避免溫度經(jīng)過長距離的傳遞，在傳遞過程中損失大量熱能，導(dǎo)致每層溫度之間存在較大差異，形成“下熱上冷”的現(xiàn)象，故而在烤箱左右兩側(cè)裝有加熱模塊，并且每層中設(shè)有出風(fēng)口，取代至下而上的烘烤模式，盡量降低熱能損失，使得每層烤層溫度[5] 更加均勻;且為了方便監(jiān)控每層烤層的溫度，在烤箱內(nèi)部每層之間都設(shè)有溫度傳感器[6]，連接外部PLC，再通過控制面板實時顯示每層溫度，以便對未達到設(shè)定值的溫度進行調(diào)整，進而達到烤層溫度保持在設(shè)定值范圍內(nèi)的目的，從而保證了部品的品質(zhì)。

3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由三菱PLC FX 和Proface 控制面板[7]組成。設(shè)備操作分為手動操作模式和自動運行模式，在控制面板中按下一時停止后，輸入相應(yīng)的操作密碼，通過控制面板對設(shè)備各氣動執(zhí)行元件進行單動的獨立控制，根據(jù)實際單動位移進行執(zhí)行元器件的位置補正，以達到設(shè)備生產(chǎn)時的精度要求。執(zhí)行元器件的位置補正調(diào)整OK 后便可生產(chǎn)，后續(xù)不需要再作調(diào)整。手動模式是為治具更換或設(shè)備故障調(diào)機及設(shè)備初始調(diào)整使用。自動模式為設(shè)備的自動生產(chǎn)時所處的狀態(tài)。為了確保生產(chǎn)運行安全，設(shè)備的執(zhí)行元器件單動功能在自動模式下不可操作。

4 解決的關(guān)鍵技術(shù)

本項目在實施過程中主要解決了以下關(guān)鍵點。

（1）精密電機、氣缸、絲桿以及帶輪的相互配合運用使精確性得到保障，通過精密電機[8]、氣缸、絲桿、帶輪及控制系統(tǒng)的結(jié)合，在整個運行過程中，不但可以確保設(shè)備的穩(wěn)定運行，而且可以高效、準(zhǔn)確、便捷地完成整個自動烘烤工作。

（2）夾持治具卡槽與馬達放置受臺相互配合的設(shè)計，使夾持組件可以“快準(zhǔn)狠”地夾持和限位馬達放置受臺，使其基本保持在同一高度上，并持續(xù)穩(wěn)定的完成后續(xù)放入烤箱的動作，此項設(shè)計大降低了夾持組件夾持馬達放置受臺時的不良率，提升機臺作業(yè)時的穩(wěn)定性及工作效率。

（3）推拉組件的設(shè)計，在部品運送機構(gòu)中其有限的空間內(nèi)，通過氣缸作為驅(qū)動，帶動皮帶傳動，進而帶動同步輪，實現(xiàn)兩個推拉治具同步移動到達指定位置，同時為了保證其平行度，在其運動軌跡上增加滑軌來輔助移動，完成空間及資源最大化利用并提高了作業(yè)銜接性和工作效率。

（4）烤箱兩側(cè)增加熱模塊及出風(fēng)口設(shè)計，極大程度上避免了層與層之間存在較大的溫差，保證了烤箱內(nèi)溫度分布均勻，從而提升設(shè)備穩(wěn)定性和良品率;在每層之間設(shè)溫度傳感器，能實時地傳輸實際溫度到控制面板中，方便外部人員進行監(jiān)控調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了烤層溫度保持在設(shè)定值范圍內(nèi)，從而節(jié)省了設(shè)備故障排除時間，提升了工作效率。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計了一種自動烘烤設(shè)備，包括機架以及設(shè)于機架上的烤箱和部品運送機構(gòu)，烤箱設(shè)有烤層，部品運送機構(gòu)包括部品夾持組件以及夾持驅(qū)動組件，夾持驅(qū)動組件驅(qū)動部品夾持件移動至烤層內(nèi);通過烤箱自動對部品烘烤時間進行規(guī)劃，確保烘烤時間的精準(zhǔn)，通過部品夾持組件對部品進行夾持，并通過夾持驅(qū)動組件驅(qū)動部品夾持組件移動，將部品運送至烤箱內(nèi)烘烤或?qū)⒉科酚煽鞠鋬?nèi)移除，保護技術(shù)人員避免被燙傷。該設(shè)備解決了光學(xué)防抖馬達點膠后手動烘烤生產(chǎn)效率瓶頸問題，實現(xiàn)了光學(xué)防抖馬達烘烤自動化，為目前市場上有眾多烘烤工藝設(shè)備提供一類創(chuàng)新的參考，同時也為以后更專業(yè)的相關(guān)設(shè)備研究開發(fā)做鋪墊。

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第一作者簡介：凌斌（1979-），男，大學(xué)?？疲こ處?，研究領(lǐng)域為IE 及自動化項目的研發(fā)及應(yīng)用。

（編輯：王智圣）