钟表机芯柄轴与柄帽自动装配设备的研发

洪 浩

(福建工程学院机械与汽车工程学院，福州 360118)

国内有不少企业致力于柄轴与柄帽自动装配设备的研制，如福州小神龙表业有限公司通过2个转臂机械手，分别将柄轴与柄帽抓取到装配位置，压装后放入收集箱中。该设备在连续正常工作的情况下，每小时可装配2 500对。这种设备在某种程度上能够使人从繁琐的装配工作中解脱出来，而且一人可看守多台设备，但是这种装配方式需2个机械手配合动作，若其中一个机械手故障后装配动作立即停止，设备故障率太高，装配效率不高，同时容易折断柄轴，最后在产业化阶段以失败告终。

针对以上问题，本文开展钟表柄轴与柄帽自动装配设备的设计，实现自动装配，不碰伤人手，装配尺寸稳定，节约人力成本。

1 总体设计思路

1.1 装配对象简介

以钟表柄轴与柄帽的装配设备为研究对象，柄轴压配部分轴径为0.9 mm，压入深度2.5 mm，与柄帽配合为过盈配合。柄帽有2种规格，大的为台阶轴，外径分别为4.85、3 mm，小的外径都是3 mm。大的柄帽需定向，小的没有方向区别，柄轴与柄帽的装配尺寸如图1所示。

1.2 装配设备的设计原理

为了有效避免快速压配过程引起的柄轴折断，采用柄轴与柄帽在同一个模具中装配，柄轴用定位工装限位和保护，并采用柄轴固定、柄帽相对柄轴移动的装配方式，调整柄帽轨道夹角就可以调整装配时间和压入速度，可以有效地避免柄轴被压弯或折断。2个零件用直线上料机构分别送料，进入定位模具后在装配过程中2个零件一起同向运动，逐步缩小2个零件之间的距离，直到达到装配要求。柄轴与柄帽装配过程示意图见图2。

图1 柄轴与柄帽的装配尺寸图

图2 柄轴与柄帽装配过程示意图

装配过程为连续装配，工效较高，在柄轴许可的情况下易于提高装配速度。柄轴模具为一套工装，只改变柄帽定位的工件即可。此方案主要解决的技术难点:工件装配前后无效零件的判断和处理，保证被装配零件的方向性;送料机与装配工装之间的动作协调，实现精密零件的自动送料;装配过程的力源设计。

2 零部件的设计

2.1 装配导向装置

该装置采用4个V型块和4个弹簧组成，V型块用来定位柄帽和柄轴，从而夹紧零件。弹簧主要起到保护减震作用，避免零件在输送过程中损坏，如图3所示。该机构分布在整个输送带上，一个导向机构定位一个零件，输送带上均匀分布了多个导向机构，从而提高输送效率。

图3 柄轴与柄帽装配导向装置

2.2 装配力源装置

柄轴与柄帽的装配属于过盈配合，文献［2］研究了过盈配合产品的震动自动装配技术，但是不适用于钟表精密零部件的自动装配。为了避免一次性压配引起的柄轴折断问题，本装置采用电磁激振的震动装置，通过微小的震动来实现精密零件的逐步转配，能够有效地解决震动过大或者其他转配方法引起的大量的柄轴折断问题，从而保证精密零件的装配精度。

2.3 自动上料装置

自动上料装置是自动装配中一种相对独立的环节，但是它决定了整个系统的效率。根据零件的结构特点，该机构通过振动盘将零件震动上料，设计一种自动定向排序的送料设备。其工作原理是根据精密零件的特点通过振动将杂乱无序的工件自动有序定向排列整齐、准确地输送到装配工序。自动送料振动盘的料斗下面有个脉冲电磁铁，可以使料斗垂直方向振动，由于弹簧片的倾斜，使料斗绕其垂直轴做扭摆振动。料斗内零件，由于受到这种振动，沿螺旋轨道上升，直到送到出料口，柄轴和柄帽的自动上料装置如图4所示。

图4 柄轴和柄帽的自动上料装置

3 产品的三维模型

基于以上的设计，采用Pro/E构建了自动装配设备的三维模型，并通过运动仿真，初步验证了设备试制的可能性。三维模型如图5、图6所示。

图5 自动装配设备前侧模型

图6 自动装配设备后侧模型

4 装配设备的工效计算及试制的实验与效果

装配设备的工效计算:

装配线中两套相临工装间距:s=10 mm;

滑动V型块移动距离:s1=4 mm;

主电机转速:n=10 r/min;

主传动同步带轮计算外径:D=60.83 mm;

装配区长度:L=180 mm。

装配线速度:

工件移动两工位的时间:

工件通过装配区的时间:

每小时装配的数量:

通过产品的试制，能够实现连续装配，并且废品率非常低，基本不会出现柄轴折断问题，上料装置的供料速度远远高于装配装置，通过精准调试，整条装配线可实现每小时12 000对以上的装配速度，生产率超过现有装配方法的4倍，能够有效解决钟表行业自动装配的瓶颈问题。

5 结语

研发了一种钟表柄轴与柄帽自动装配设备，该设备能够根据零件特点，实现精密零件的自动上料，提高装配效率的同时保证装配的精度。通过产品的试制，能够有效地解决钟表行业装配技术的难点，实现柄轴与柄帽的自动装配，替代进口设备，同时提高了装配精度，节约了人力成本。

［1］陈满足，胡国清，栾厚宝.钟表分轮自动装配机的设计与实现［J］.机械制造与自动化，2009，38(1):144-146.

［2］王立春.过盈配合产品的震动自动装配技术研究［D］.重庆:重庆理工大学，2011.