基于马蹄形的蜂鸣器装配机设计研究

【摘 要】传感器技术、人工智能和网络通信技术的发展，为产品传统装配工艺的自动化实现提供了可能。马蹄形蜂鸣器普遍规格较小，壳体涂胶、端子抓取等工艺的自动化实现难度较大。文章通过对马蹄形蜂鸣器结构和装配工艺流程的分析，将工艺流程分解为若干个工艺动作，然后针对其工艺难点进行了专门的设计。借助传感器采集装配状态信息，通过程序协调控制及各执行机构的紧密配合，实现了马蹄形蜂鸣器的高精度自动化装配。

【关键词】马蹄形蜂鸣器;装配;自动化;系统设计

0 引言

蜂鸣器作为警示类电子元器件被广泛地应用于多种产品中，由于产品的智能化和微型化需求，因此蜂鸣器的规格也趋向于小型化。蜂鸣器采用直流电压供电，作为执行元件与控制系统结合，实现产品的发声警示功能。

由于规格较小，装配的精度要求较高，自动化实现难度大，因此传统的流水线生产中常采用人工作业模式。马蹄形蜂鸣器的装配中壳体涂均匀、热铆机构、焊锡机构等工序，通常都是由人工完成的，极大地浪费了人力，提高了产品的成本。本设计中针对马蹄形蜂鸣器装配中的工艺难点，给出了自动化的解决方案，实现了马蹄形蜂鸣器的全流程自动化装配。

1 蜂鸣器装配零部件及装配工艺分析

通过对马蹄形蜂鸣器结构的分析可知，它主要包括五大部件，分别为外壳、下盖、蜂鸣片和左、右插针。其规格普遍较小，指针的针尖宽度仅为0.8 mm左右。此外，马蹄形与常規的圆形蜂鸣器装配有所不同，必须精准地识别其槽口特征，进行定位后方可进行装配。指针的抓取控制、胶量的控制和定位的精准度和协调性要求都较高。关键工艺流程如下。

1.1 装配工序

马蹄形蜂鸣器的装配过程中，装配的工序较多，因此装配机的设计需要从结构上进行优化，装配的过程中需要进行工序的交叉作业，尽量压缩工序的工位。通过对马蹄形蜂鸣器装配工序的分析可知，要完成蜂鸣器组件的装配，需要完成外壳组件及下盖组件的装配，具体的装配顺序如下：首先进行蜂鸣器盖的装配，其次着进行左针脚、右针脚的装配，再次进行蜂鸣片与外壳的装配，最后进行外壳组件与下盖组件的装配。

1.2 检测工序

检测工序包括装配工艺中子流程检测和总工艺流程检测。子工艺流程检测包括各个分解动作完成后检验是否装配合格，总工艺流程检验是对于产品合格的检验。检测工序主要的目的是对蜂鸣器装配组件的检验和测试等。例如，涂胶流程需要对涂胶的均匀度和厚度进行检验、端子安装完成后需要检验其是否到位等。

1.3 调整工序

端子的安装对于位置的精准度有非常严苛的要求，因此在装配中一次定位无法保证其定位的准确性，需要通过调整工序进行二次定位。此外，在抓取的过程中，气爪需要对其位置进行调整，然后执行精准的抓取动作。

1.4 辅助工序

辅助工序包括上料工序和下料工序。上料工序是为装配的工艺流程提供原材料，包括自动上料和不良料的分拣。下料工序是将装配完成的成品传送到成品箱中，保证整个装配工序的正常运行。

2 马蹄形蜂鸣器装配机创新设计

2.1 马蹄形蜂鸣器装配机技术方案

蜂鸣器是由外壳、蜂鸣片和插针组成，因此其装配流程依据零部件的装配而设计，将每一个装配环节细化为多个分解动作，然后通过传感器检测、控制系统处理和执行机构操动完成装配。系统装配方案如图1所示。

如图1所示，蜂鸣器的装配主要包括蜂鸣片、端子组装和涂胶（外壳）组装3个环节。所有流程环节的动作均由触摸屏发出命令，然后控制分割器组件动作，在其带动下转盘、外壳传递组件和前道传送架相互配合，完成零部件的上料和组装，进而输出成品。

外壳传送组件和前道传送架配合完成壳体供料，第一气缸推动顶块使壳体升到和轨道齐平的高度，步进电机通过皮带带动齿轮旋转，外壳传送组件将壳体拨送至轨道。第二气缸控制旋转工位上下以完成涂胶，第三气缸连接定位杆推动壳体配合完成蜂鸣片的安装，同时气缸带动滑轨滑块上连接的压头压紧蜂鸣片。为了保证涂胶的均匀性，在电机控制的旋转杆上带有光电开关，将涂胶的厚度转换为电信号，经控制系统处理后，做到涂胶的精准控制。

端子的组装包括针的抓取、压紧和热铆动作，它的核心控制流程在于气缸和气爪的动作和定位。第一抓针气缸通过滑轨滑块控制气爪的升降，第一抓针气缸带有磁性开关，在气爪的抓取与放置动作中实现精准定位。第二抓针气缸推动转动块和转角块动作，可以实现气抓的旋转动作。通过转动块、转角块、转轴等相配合，可在一定角度内实现旋转气缸的功能。端子与蜂鸣片压紧后，焊锡机构将端子与蜂鸣片进行焊接。最后下料机构完成组成成品的传送和下料。

2.2 前道传送架设计

前道传送架是马蹄形蜂鸣器装配的关键部分之一。通过前道传送架可以完成蜂鸣片与壳体的装配，这属于装配流程的前道工序。前道传送架完成蜂鸣器壳体的传送、涂胶、蜂鸣片的安装动作。蜂鸣器壳体的传送经过前一工序的筛选，需要传送到同一平面完成该工序装配任务。因此，本设计中采用了第一气缸和传送组件拨送的设计，第一气缸可推动壳体到工作平面，传送组件将壳体拨动至轨道位置。当壳体被传送到涂胶工序时，第二气缸控制组件旋转完成涂胶动作，然后由光电开关检测涂胶的厚度，合格后继续传送到下一道工序，由第三气缸完成蜂鸣片的安装。前道传送架需要完成两道工序，因此传送带采用步进电机驱动。基于这一工艺流程，考虑到机械设计的合理性和工艺的便利性，第一气缸的一侧设置有步进电机，步进电机的下方设置有第二气缸，且步进电机的一侧设置有第三气缸，第三气缸的另一侧设置有第四气缸。前道传送架结构如图2所示。

2.3 马蹄形蜂鸣器装配机特点

2.3.1 装配动作的自动化实现

本装配机实现了马蹄形蜂鸣器的自动化，采用模块化设计，根据装配的动作和工艺流程分解了若干工序。从自动选料到装配、下料的自动化，涂胶、涂漆、热压、焊锡等工序都由程序控制执行机构完成，机构的工序稳定性较高，极大地提高了马蹄形蜂鸣器的装配效率和合格率。

2.3.2 涂胶厚度的精细化控制

在蜂鸣片的装配中，需要涂胶和压紧，如果涂胶太少则蜂鸣片牢固性不好，如果涂胶较多，压紧后会溢出，可能会影响蜂鸣器的电气性能，出现不良品。因此，在电机控制的旋转杆上装设光电开关，将涂胶厚度转换为电信号，然后由程序处理后精准地控制涂胶量。

2.3.3 端子的精准抓取

蜂鸣器端子电源的输入端，任何微小的装配差异都会导致蜂鸣器无法正常供电。此外，蜂鸣器端子较小，气爪抓取的难度极高。因此，端子的精准抓取直接影响装配产品的合格率。基于这一问题，在端子抓取工艺的设计中，首先通过气缸和滑块的配合，气爪可以实现灵活的转动。其次在气爪驱动气缸上面增设了磁性开关。当检测到有端子时气爪与端子的相对位置立即被锁定，然后气爪在程序的控制下实现精准地抓取。

3 总结

蜂鸣器总体规格都较小，对于装配的要求较高，因此自动化装配的实现难度大。本装配机的设计首先对蜂鸣器的结构和工艺流程进行了分析，然后对工艺流程进行动作分解，完成了机械结构的优化布局。此外，传感采集、综控处理、执行机构的协调配合，很好地解决了定位精度、精准抓取和上料适量等自动化装配难题。

参 考 文 献

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