定子鐵芯壓裝工序的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)*

鞏方彬 霍憲洋

（1.德州恒力電機(jī)有限責(zé)任公司 山東德州 253005；2.山東科耀視覺(jué)科技有限公司 濟(jì)南 250101）

1 引言

電機(jī)是一種被廣泛使用的將電能與機(jī)械能進(jìn)行轉(zhuǎn)換的設(shè)備，而定子鐵芯是組成電機(jī)的重要部件，其主要作用是組成電機(jī)主磁路的一部分，其上繞有定子繞組，用來(lái)形成發(fā)電機(jī)的電路[1]。在生產(chǎn)中，定子鐵芯是通過(guò)對(duì)定子沖片進(jìn)行堆疊固定后，再將其對(duì)準(zhǔn)機(jī)座進(jìn)行壓裝工藝所獲得的。壓裝過(guò)程的速度和精確度將會(huì)在很大程度上決定工廠的生產(chǎn)效率和所生產(chǎn)的定子鐵芯的質(zhì)量。目前電機(jī)制造過(guò)程中，壓裝工藝主要采取人工操作的方式，這種生產(chǎn)方式不僅造成工廠的產(chǎn)出效率低下，也無(wú)法保證定子鐵芯的質(zhì)量需求，更因?yàn)檐囬g的復(fù)雜環(huán)境對(duì)工人的生命安全帶來(lái)不小的隱患。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)水平的長(zhǎng)足發(fā)展，自動(dòng)化生產(chǎn)逐漸成為一種趨勢(shì)[2]。本文主要介紹一種用于定子鐵芯壓裝工藝的自動(dòng)化設(shè)備，其不僅可以將工人從繁雜的車間環(huán)境中解放出來(lái)，也可以提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，從而極大地改善當(dāng)前工廠的定子鐵芯壓裝過(guò)程。

2 定子鐵芯壓裝工藝現(xiàn)狀

2.1 定子鐵芯壓裝過(guò)程現(xiàn)狀

電機(jī)定子鐵芯主要包括硅鋼片、繞組、壓圈和通風(fēng)板槽等部件，在生產(chǎn)過(guò)程中首先需要將各部件固定緊固，然后將組裝好的定子鐵芯固定在機(jī)座上。當(dāng)前針對(duì)該過(guò)程，工廠中主要采取人工壓裝的方式，工人首先需要將定子鐵芯的中心對(duì)準(zhǔn)機(jī)座的中心并將定子鐵芯放置于機(jī)座之上，然后通過(guò)壓裝胎具，利用壓力機(jī)將定子鐵芯壓入機(jī)座中，從而完成生產(chǎn)過(guò)程。

2.2 定子鐵芯人工壓裝方式的弊端

人工作業(yè)的方式存在著諸多弊端。首先，人工對(duì)準(zhǔn)的方式無(wú)法保證定子鐵芯與機(jī)座壓裝的精準(zhǔn)度，機(jī)座作為固定和支撐定子鐵芯的部件，如果兩者不能準(zhǔn)確配合則會(huì)導(dǎo)致工況下電機(jī)振動(dòng)過(guò)大，這不僅會(huì)影響電機(jī)的工作性能，也會(huì)對(duì)電機(jī)的結(jié)構(gòu)造成損害[3]。其次，人工操作步驟繁多，需要工人密切關(guān)注壓裝過(guò)程并做出相應(yīng)的操作，這就使得整體生產(chǎn)流程效率低下，限制了工廠產(chǎn)能的提升。最后，高強(qiáng)度的工作內(nèi)容會(huì)對(duì)工人的身心健康帶來(lái)傷害，復(fù)雜的車間環(huán)境也會(huì)對(duì)工人的安全帶來(lái)隱患。

3 定子鐵芯自動(dòng)化壓裝設(shè)備

設(shè)備包括備料模塊、視覺(jué)定位模塊、機(jī)器人模塊、視覺(jué)定位臺(tái)模塊、壓胎管理模塊、托板管理模塊、壓裝定位模塊、壓裝模塊、頂絲模塊、下料模塊、輸送線模塊、數(shù)據(jù)處理及顯示模塊、電氣控制模塊共十三部分。通過(guò)各模塊的配合實(shí)現(xiàn)定子鐵芯壓裝過(guò)程中物料準(zhǔn)備、物料識(shí)別、尺寸檢測(cè)、物料抓取、鐵芯壓裝各工序的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)。

3.1 備料模塊

在壓裝過(guò)程開始之前，工人需要先將要加工的定子鐵芯和機(jī)座分別放置于備料臺(tái)上，等待六軸機(jī)器人通過(guò)其上的氣動(dòng)夾具將定子鐵芯與機(jī)座抓取到視覺(jué)定位臺(tái)上進(jìn)行下一步壓裝工作。而后，工人需要將定子鐵芯及機(jī)座的尺寸參數(shù)輸入系統(tǒng)中，以確保后續(xù)系統(tǒng)對(duì)兩者定位時(shí)的精度要求，同時(shí)對(duì)壓裝系統(tǒng)的操作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，從而使壓裝后形成的產(chǎn)品質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，圖1為備料臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)圖。

圖1 備料臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)圖

3.2 機(jī)器人模塊

備料完成之后，工人即可操作系統(tǒng)控制設(shè)備開始工作。機(jī)器人模塊位于定子鐵芯備料臺(tái)、基座備料臺(tái)及視覺(jué)定位臺(tái)之間，以方便抓手在三者之間抓取及放置工件。機(jī)器人上設(shè)置有視覺(jué)攝像頭，用于捕捉圖像信息來(lái)定位需要運(yùn)送工件的位置，在成功定位工件所在位置之后，機(jī)器人系統(tǒng)會(huì)根據(jù)位置信息和之前輸入的工件尺寸參數(shù)發(fā)出指令，控制氣動(dòng)夾具從備料臺(tái)準(zhǔn)確的固定并抓取工件至視覺(jué)定位臺(tái)上。機(jī)器人操作現(xiàn)場(chǎng)，如圖2所示。

圖2 裝備氣動(dòng)夾手的機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)圖

3.3 視覺(jué)定位臺(tái)模塊

視覺(jué)定位臺(tái)模塊包含有定子鐵芯旋轉(zhuǎn)裝置和機(jī)座旋轉(zhuǎn)裝置，用于承接由機(jī)器人氣動(dòng)夾具運(yùn)送來(lái)的工件。視覺(jué)定位臺(tái)上設(shè)置有視覺(jué)攝像頭，在氣動(dòng)夾具放置工件之前，視覺(jué)攝像頭會(huì)捕捉工件位置信息并向氣動(dòng)夾具發(fā)出移動(dòng)指令，從而確保定子鐵芯及機(jī)座的中心在被放置在旋轉(zhuǎn)裝置上后準(zhǔn)確重合。視覺(jué)攝像頭之后會(huì)捕捉定子鐵芯及機(jī)座上出線孔的方向，并通過(guò)自動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)裝置緩慢旋轉(zhuǎn)方式確保二者出線孔位于同一方向，以方便之后的壓裝工作。

3.4 壓裝模塊

在保證定子鐵芯與機(jī)座中心重合，且兩者的出線孔方向一致后，工人即可操控機(jī)器進(jìn)行壓裝工藝。啟動(dòng)后，壓裝模塊會(huì)根據(jù)之前設(shè)定好的操作參數(shù)將定子鐵芯壓入機(jī)座當(dāng)中。而后通過(guò)頂絲操作將兩者固定，避免工況下兩者出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)從而導(dǎo)致故障產(chǎn)生[4]。壓裝設(shè)備如圖3所示。

圖3 自動(dòng)壓裝設(shè)備

3.5 下料模塊及輸送線模塊

在壓裝工藝完成之后，下料模塊會(huì)將壓裝好的定子鐵芯及機(jī)座搬運(yùn)至輸送線上，輸送線會(huì)將產(chǎn)品運(yùn)輸出工作區(qū)，從而完成一次生產(chǎn)流程，并輸出產(chǎn)品方便工人進(jìn)行之后的操作。工件下料輸送線現(xiàn)場(chǎng)，如圖4所示。

圖4 工件下料輸送線現(xiàn)場(chǎng)圖

3.5 數(shù)據(jù)處理及顯示模塊

整套生產(chǎn)線配備有故障檢測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并向數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行反饋，對(duì)于系統(tǒng)無(wú)法自己解決的問(wèn)題，會(huì)及時(shí)通過(guò)顯示模塊告知操作的工人，以實(shí)現(xiàn)故障的高效處理，同時(shí)避免不當(dāng)?shù)臋C(jī)械操作所帶來(lái)的安全隱患。

在視覺(jué)定位臺(tái)上具備二次檢測(cè)系統(tǒng)，會(huì)對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置及機(jī)械臂安放好的工件進(jìn)行二次檢測(cè)，確保定子鐵芯及機(jī)座重合，以及出線孔的角度一致，如果發(fā)現(xiàn)不符合要求，則會(huì)將誤差反饋給系統(tǒng)進(jìn)行二次調(diào)整。通過(guò)重復(fù)檢測(cè)的方式確保在進(jìn)入壓裝工藝之前的工件符合操作要求。

4 定子鐵芯自動(dòng)化壓裝設(shè)備的優(yōu)勢(shì)

在通過(guò)人工方式完成整個(gè)壓裝流程時(shí)，需要工人手動(dòng)在傳送帶及設(shè)備之間搬運(yùn)工件，這種運(yùn)送方式對(duì)工人之間的配合度要求較高，很容易出現(xiàn)工件擁堵導(dǎo)致產(chǎn)能變低。自動(dòng)化壓裝設(shè)備的使用極大地改善了這種情況，定子鐵芯及機(jī)座都被預(yù)先安置在傳送帶上，依靠機(jī)械臂的抓取來(lái)完成調(diào)度，從而可以合理安排各個(gè)流程之間的時(shí)間及順序，實(shí)現(xiàn)了效率的最大化。

定子鐵芯及機(jī)座中心的對(duì)齊度是衡量產(chǎn)品性能的重要參數(shù)。工人手工對(duì)齊的方式很難使兩者的中心高精準(zhǔn)度的對(duì)齊，且缺少檢測(cè)反饋機(jī)制，從而導(dǎo)致壓裝后生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量不高。自動(dòng)化壓裝設(shè)備中的視覺(jué)定位及檢測(cè)功能，利用視覺(jué)攝像機(jī)的定位及對(duì)機(jī)械抓手和旋轉(zhuǎn)裝置的操控，實(shí)現(xiàn)了定子鐵芯和機(jī)座中心的高精度對(duì)齊，二次檢測(cè)功能的存在也避免了可能的外部因素對(duì)兩者位置的影響，從而極大地提高了產(chǎn)品的質(zhì)量及可靠性[5]。

在人工操作中，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，且車間復(fù)雜的環(huán)境會(huì)對(duì)工人的生命健康帶來(lái)一定的危險(xiǎn)。自動(dòng)化壓裝設(shè)備的使用使工人不需要進(jìn)入工作區(qū)，只需要預(yù)先設(shè)置好參數(shù)，及可控制自動(dòng)化系統(tǒng)完成作業(yè)。當(dāng)整個(gè)工藝流程出現(xiàn)誤操作或故障時(shí)，機(jī)器會(huì)報(bào)警并通知工人及時(shí)處理，從而避免了對(duì)機(jī)器設(shè)備的損壞，延長(zhǎng)了生產(chǎn)線設(shè)備的使用壽命。

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了一種定子鐵芯自動(dòng)化壓裝設(shè)備。該設(shè)備通過(guò)不同模塊之間的配合實(shí)現(xiàn)了對(duì)工件的自動(dòng)抓取和轉(zhuǎn)移、定子鐵芯及機(jī)座的對(duì)齊、工件壓裝、下料等功能，極大地提高了生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量，使工人從繁雜勞累的車間作業(yè)中解放了出來(lái)。自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用可以極大地改善當(dāng)前的生產(chǎn)現(xiàn)狀，使工廠的產(chǎn)能得到長(zhǎng)足的提升。