一种光学防抖马达自动烘烤设备设计

凌斌 廖新明 陈钧怀

摘要：目前光学防抖马达组装点胶后的烘烤工艺基本以人工手动放入烤箱为主，故其效率低下，产品质量不稳定，并存在一定的安全隐患。针对此问题，设计了光学防抖马达自动烘烤设备。结合先进工业技术，采用一定的机架机构、部品运送机构和电气设备，研究光学防抖马达自动进入烤箱烘烤的方法。解决了光学防抖马达组自动定位精度、受台移动时其位置精度等问题，设计了独特的夹取机构及专用马达放置治具，实现了光学防抖马达自动烘烤，降低了企业生产成本，提升了光学防抖马达的品质。

关键词：光学防抖;自动烘烤;烤箱温度;部品运送机构;夹持组件

中图分类号：TP23文献标志码：A文章编号：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

在光学防抖马达的生产过程中，需要对某些特定部品进行烘烤，现有部品的烘烤一般采用人工放取的方式来进行烘烤作业，此作业方式工作效率低，工作强度大，人工成本高，并且人工作业难以保证烘烤时间的精准，同时也存在手足烫伤隐患，因此有必要予以改进。市场竞争日趋激烈，企业生产劳动力成本的增加，国内各工业企业争相开展设备革新，各行各业秉持机械换人，从而降低企业成本。其中光学防抖马达在点胶后的烘烤工序也急需从人工手动不断改进转化，针对现有技术存在的不足，实现对部品自动进行烘烤作业，确保烘烤时间的精准，保护技术人员。为了达到上述目的，本文设计了一种自动烘烤设备，包括機架以及设于机架上的烤箱和部品运送机构，烤箱设有烤层，部品运送机构包括部品夹持组件以及夹持驱动组件，夹持驱动组件驱动部品夹持件移动至烤层内。本文从减少企业人力成本、提升企业自动化程度的方向出发，设计研发光学防抖马达自动烘烤自动化设备，在研发过程中，着重处理如何同时夹取马达放置受台、如何精确到达烤层、烤层如何打开和关闭以及烤箱温度如何保持均匀等问题，对此进行深入探讨，在经过一些列的讨论与改善后，运用其独特的夹取机构和专用马达放置受台相互配合的设计、烤箱两侧设通风口以及推拉治具的设计，不仅提升了本工序光学防抖马达烘烤的生产效率以及良品率，还提升了部品良品率，为逐步实现智能制造打下基础。

1 光学防抖马达自动烘烤方案

光学防抖马达自动烘烤[1]始终以提升产品质、减少安全隐患、降低成本、提高生产效率和减少工人劳动强度为目标。在送料组件中，采用气缸、电池阀以及辅助作用的滑轨，来限制其运动轨迹，从而达到送料以及排出的效果;在部品运送机构中，采用气缸、导杆、伺服电机、皮带以及同步带轮的共同作用下，确保其能准确到达指定位置，夹取马达放置受台，并通过气缸带动皮带，驱动同步带轮，实现烤层推拉组件同步运行，完成烤层拉开及关闭的动作;在烤箱中，通过两侧设有加热模块及出风口，来确保烤箱内部温度相对均匀的基本思路，同时考虑设备故障时，如何快速维修调整，尽可能减少故障维修时间为中心，最终在设计优化、通力协作、有序运行的前提下，实现设备每天高效率生产，减少公司运营成本。

1. 1 设备整体

光学防抖马达自动烘烤包括机架以及设于机架上的烤箱和部品运送机构，烤箱设有烤层，部品运送机构包括部品夹持组件以及夹持驱动组件，夹持驱动组件驱动部品夹持件移动至烤层内;通过烤箱自动对部品烘烤时间进行规划，确保烘烤时间的精准，通过部品夹持组件对部品进行夹持，并通过夹持驱动组件驱动部品夹持组件移动，将部品运送至烤箱内烘烤或将部品由烤箱内移除，此设备主要由部品运送机构、送料组件、烤箱、机架、操控系统[2]（触摸屏、PLC、电磁阀）、机加工零件、光感元件、温度感应元件、市购品标准件、氣动元件等部分组成。如图1所示。

1. 2 马达自动烘烤工艺困难点

（1）部品运送机构、送料组件与上下运送组件均需使用精密电机及气缸，确保其能到达指定位置且误差小于0. 1 mm，才能确保各个机构之间无误差配合;否则，移送精度不足时，部品运送机构中的夹持驱动组件就无法准确夹取送料板上的马达放置受台，且也无法准确将其放入到烤层定位孔中，并会撞击马达放置受台造成受台中马达散落、划伤等现象，且浪费人员、时间进行整理，所以设备移送精度为首要考虑要素。

（2）传统烤箱温度传递[3]有差异，其自下而上的温度传递会导致烤层与烤层之间存在温差，内部温度不一致，即存在一种“下热上冷”的现象;影响到中上层可能存在温度低于标准值，从而导致马达胶水未凝固，接着强度达不到标准，降低马达品质等问题，所以烤箱内部温度保持一致性也是重要考虑要素。

（3）马达放置受台定位孔和每一层烤层中的定位

PIN 设计不合理，会造成部品放置受台未放到位、夹取过程中撞击导致部品掉落、夹持组件未准确夹取受台而报警等众多问题多发。

（4）烤层推拉组件中的推拉治具与烤层相配合的定位孔需设计间隙配合，预留较充裕的位置，否则会出现烤层未关紧报警问题多发。

2 光学防抖马达自动烘烤设备重要机构说明

2. 1 部品运送机构

部品运送机构由部品夹持组件、夹持驱动组件、上下运送组件以及烤层推拉组件组成。如图2所示。

2. 1. 1 夹持驱动、部品夹持组件及送料板

（1）光学防抖马达自动烘烤设备经过初期试做运行，发现送料板定位销（两边）的外形结构及马达放置受台外形对夹持组件能否准确夹取受台有重要影响，在马达放置受台外形设计不合理时，会造成夹持组件撞击受台、受台卡死（一高一低）、夹持组件未夹到位而报警等现象，所以送料板定位销（两边）的外形结构及夹持治具卡槽的相关寸法经过多次检讨、改善及研究设计，最终在满足光学防抖马达自动烘烤设备使用的情况下，达到高品质、高产能需求。如图3所示。

（2）马达放置受台与夹持组件治具的结构配合的可行性研究，为了确保马达放置受台准确被夹持并且进入烤箱，降低机台故障报警率，同时延长夹持治具与马达放置受台的使用寿命，故而使用与受台相同材质的治具，对图4所示的两种治具配套方案进行了实验研究，结果表明方案①在夹持过程中出现受台倾斜情况较多，高度不一致，限位困难;方案②较为适合，夹持治具卡槽与受台配合良好，受台被夹持高度基本一致，移动过程中较为稳定，满足马达稳定进入烤箱需求。

2. 1. 2 上下运送组件

为了确保上下运送组件满足烤箱行程及准确到达烤层位置。本设备采用伺服电机[4]带动同步轮，进而带动精密丝杆，使部品运送机构可以平稳地上下移动，同时为了保证部品运送机构运行中的平行度和同轴度，在其两侧增加导向轴及滚珠衬套来限制其上下移动的活动轨迹。

2. 1. 3 烤层推拉组件

为了实现推拉烤层，本设备采用气缸作为驱动元件，带轮为传动，带动两个推拉治具同时前后运动，达到推拉烤层的目的，且为了保持两推拉治具运动过程中不发生偏移，在其运动轨迹上增加精密级滑轨，限制其运动方向及位置。如图5所示。

2. 2 送料组件

送料组件由两个滑轨、气缸、送料板组成，主要作用在于与外部搬送装置对接，通过气缸驱动，滑轨限制运动轨迹，保证其位移平行度，带动送料板完成送料与排出动作。其中为了避免马达放置受台反置，在两端定位销分别采用圆形销和菱形销，其受台对应的孔位也设计相应的形状，以此作为防呆装置。

2. 3烤箱温度存在温差对部品质的影响

烤箱温度对部品质存在决定性作用，在光学防抖马达中，烤箱温度设定的标准值为85±8℃。若烤箱中温度低于设定值，则接着剂未达到凝固温度，从而导致部品接着强度不达标;若温度高于设定值，则会破坏接着剂内部特性。故而烤箱温度对部品质十分重要，必须严格把控。

考虑到烤箱温度是否平稳对于部品质起到决定性作用，应避免温度经过长距离的传递，在传递过程中损失大量热能，导致每层温度之间存在较大差异，形成“下热上冷”的现象，故而在烤箱左右两侧装有加热模块，并且每层中设有出风口，取代至下而上的烘烤模式，尽量降低热能损失，使得每层烤层温度[5] 更加均匀;且为了方便监控每层烤层的温度，在烤箱内部每层之间都设有温度传感器[6]，连接外部PLC，再通过控制面板实时显示每层温度，以便对未达到设定值的温度进行调整，进而达到烤层温度保持在设定值范围内的目的，从而保证了部品的品质。

3 控制系统

控制系统由三菱PLC FX 和Proface 控制面板[7]组成。设备操作分为手动操作模式和自动运行模式，在控制面板中按下一时停止后，输入相应的操作密码，通过控制面板对设备各气动执行元件进行单动的独立控制，根据实际单动位移进行执行元器件的位置补正，以达到设备生产时的精度要求。执行元器件的位置补正调整OK 后便可生产，后续不需要再作调整。手动模式是为治具更换或设备故障调机及设备初始调整使用。自动模式为设备的自动生产时所处的状态。为了确保生产运行安全，设备的执行元器件单动功能在自动模式下不可操作。

4 解决的关键技术

本项目在实施过程中主要解决了以下关键点。

（1）精密电机、气缸、丝杆以及带轮的相互配合运用使精确性得到保障，通过精密电机[8]、气缸、丝杆、带轮及控制系统的结合，在整个运行过程中，不但可以确保设备的稳定运行，而且可以高效、准确、便捷地完成整个自動烘烤工作。

（2）夹持治具卡槽与马达放置受台相互配合的设计，使夹持组件可以“快准狠”地夹持和限位马达放置受台，使其基本保持在同一高度上，并持续稳定的完成后续放入烤箱的动作，此项设计大降低了夹持组件夹持马达放置受台时的不良率，提升机台作业时的稳定性及工作效率。

（3）推拉组件的设计，在部品运送机构中其有限的空间内，通过气缸作为驱动，带动皮带传动，进而带动同步轮，实现两个推拉治具同步移动到达指定位置，同时为了保证其平行度，在其运动轨迹上增加滑轨来辅助移动，完成空间及资源最大化利用并提高了作业衔接性和工作效率。

（4）烤箱两侧增加热模块及出风口设计，极大程度上避免了层与层之间存在较大的温差，保证了烤箱内温度分布均匀，从而提升设备稳定性和良品率;在每层之间设温度传感器，能实时地传输实际温度到控制面板中，方便外部人员进行监控调节，实现了烤层温度保持在设定值范围内，从而节省了设备故障排除时间，提升了工作效率。

5 结束语

本文设计了一种自动烘烤设备，包括机架以及设于机架上的烤箱和部品运送机构，烤箱设有烤层，部品运送机构包括部品夹持组件以及夹持驱动组件，夹持驱动组件驱动部品夹持件移动至烤层内;通过烤箱自动对部品烘烤时间进行规划，确保烘烤时间的精准，通过部品夹持组件对部品进行夹持，并通过夹持驱动组件驱动部品夹持组件移动，将部品运送至烤箱内烘烤或将部品由烤箱内移除，保护技术人员避免被烫伤。该设备解决了光学防抖马达点胶后手动烘烤生产效率瓶颈问题，实现了光学防抖马达烘烤自动化，为目前市场上有众多烘烤工艺设备提供一类创新的参考，同时也为以后更专业的相关设备研究开发做铺垫。

参考文献：

[1]程风扣. PLC 技术在钢包烘烤自动化改造中的应用[J]. 科技风，2015（13）：96-98.

[2]闫茹，刘海龙. 烤箱温度自动控制系统设计[J]. 饮食科学，2017（8）：88.

[3]金恩来，王超，金浩哲. 基于CFD 的家用多功能蒸烤箱温度分布均匀性的改进措施[J]. 科技与创新，2021（1）：3-5.

[4]曹嘉佳. 基于FX3U 系列PLC 和伺服电缸的定位控制系统设计[J ]. 山东工业技术，2018（23）：91-92.

[5]丁力，周海紌，钟富华，等. 烤箱温度均匀性改善研究[J]. 家用电器，2019（5）：36-37.

[6]王素珍，杨蕾. 温度传感器在轧机自动控温系统中的应用[ J ]. 传感器技术，2005（3）：71-72.

[7]乐涵潇. 自动化生产线Proface 触屏界面的可用性研究[D]. 上海：华东理工大学，2018.

[8]蒋莉. 可编程控制器在电气控制中的应用分析[J]. 科技风，2019（26）：76.

第一作者简介：凌斌（1979-），男，大学专科，工程师，研究领域为IE 及自动化项目的研发及应用。

（编辑：王智圣）