铁壳电机自动化装配线设计研究

刘学东

【摘要】在电机行业中，铁壳电机的应用十分广泛。由于人工装配存在很多不足之处，诸如装配质量缺乏稳定性、装配效率不高、劳动强度非常大等，所以企业应该强化对铁壳电机传统装配工艺的改进。在本文的研究中，主要结合当下企业的具体需求，对铁壳电机自动化装配关键技术问题展开了深入剖析和研究，设计了一条铁壳电机自动装配线。在研究中，对铁壳电机自动化装配线设计展开了分析，阐述了铁壳电机自动化装配线节拍设计以及布局设计。同时，设计了铁壳电机自动装配线关键站，对定子自动化装配工作站展开了结构设计，针对压装期间出现歪斜现象这一难题，设计了一种基座压装定子的结构方案，很大程度上促进了压装过程可靠性的提高。然后在对自动化装配线设计节拍以及企业需求充分考量的基础上，科学地对后端盖自动化装配工作站进行结构设计。此外，在转子自动装配工作站方面也进行了结构设计，在确保轴承组件移动量以及转子能够充分满足的基础上，对其移料机械手滚珠丝杠的参数以及选型进行了合理设计，最终建立了铁壳电机自动化装配线三维模型。本文所采用的设计方式为上下式基本布局上，能够在符合铁壳电机自动化装配的前提下，有效对系统的总体成本进行降低，具有较高的参考价值。

【关键词】铁壳电机;自动化装配线;设计

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

20.

绪论

电机属于第二次工业革命中的关键产物，在电力工业以及交通等领域中发挥着非常大的作用和价值。现阶段，我国电机的品种比较多样，数量繁多。尤其是在生产力科技发展进程深入推进的新时期下，电机新材料以及技术也得到了全面创新，电子微电机等高性能的电机渐渐出现在了市场中，有效促进了国民经济建设的有序开展。电机生产主要是由零件加工以及零件装配共同组合而成。但是目前，我国很多中小电机生产工厂在发展期间，大多对人工装配工艺进行利用，成本相对较高，废品率颇高，产品质量相对较低，不能够满足现阶段复杂工艺以及多种类的电机制造需求。所以，在这种背景下，一定要加强对现代化先进技术的应用，能够通过智能化以及数字化等的支持，强化提高制造领域智能化水平，有效对生产成本进行降低，以便生产效率和产品质量可以高效提升。

一、自动装配技术

自动化生产线是在装配线的基础上逐步发展起来的，不仅要求生产线上的各类加工设备能自动完成计划的工序和工序，使产品成为合格产品，而且还要自动完成工件的装卸、定位、均匀包装，通过自动支撑等辅助装置按工艺顺序连接各类机械加工装置，并通过液压系统、气动系统、电气控制系统连接各部件的动作，我们称这种自动工作机构为自动生产线。国外自20世纪50年代到今天，自动装配技术的发展经历了数控装配机、装配机器人等多个方面的发展。近年来，柔性装配系统（FAS）已成为自动化装配领域的研究热点，发展迅速。柔性装配系统由可编程、可扩展的接口系统、物料輸送系统、基地建设系统、安装机器人系统、控制系统和管理系统组成，随着基地定位等自动化装配部件的规范化和标准化，在柔性装配领域，采用了自动装配系统，日本Fanako公司作为世界上最大的数控系统公司，通过使用小型通用机器人（LR mate 100I）和基于图像传感器的智能机器人精确定位零件，完成了复杂装配工作的自动化，保德电气公司自动化系统在定子上进行墨束标记，实时准确地跟踪定位定子，并将其引入管道控制服务器网络，实现物理对象与信息数据的连接。国内许多智能装备公司都开发了发动机自动装配线，如杭州厚达自动化系统有限公司、广东恒信智能装备有限公司等，解决了转子自动装配的问题，定子导叶等工艺问题得到解决，国内大型发动机生产企业，包括济宁电机厂、北京电机股份有限公司等，也开始探索开发自动化程度更高的发动机试验线。

二、铁壳电机自动化装配线设计要求及结构分析

1.铁壳电机自动化装配线设计要求

现阶段，我国装配技术存在较强的滞后性，一些中小企业在发展过程中，对手工装配工艺的应用较为广泛，致使我国制造业的整体水平得不到提高。而在电机制造期间，装配占整个制造的绝大部分比例，大约在40%～60%。但是，很多中小企业采用人工装配流水线作业，属于劳动密集型产业，自动化程度相对较低，装配工具无法及时地进行更新，生产效率不高，还存在较高的废品率，不利于电机制造行业的良好发展[1]。所以，应该强化对铁壳电气自动化装配线的设计，明确铁壳电机自动化装备线设计需求，具体如表1所示。

2.铁壳电机结构分析

所谓的铁壳电机，具体组成部分相对较多，诸如定子铁芯、基座以及轴承等，具体如图1所示为铁壳电机关键部件结构分解图。从图中可以看出，铁壳电机总体呈分布式的结构，其中，1代表后端盖，2代表定子铁芯，3代表基座，4代表转子，5代表轴承，6代表前端盖。

三、铁壳电机自动化装配线具体设计

1.铁壳电机自动化装配线节拍设计

（1）铁壳电机自动化装配线节拍分析

要实现铁壳电机的自动装配，首先要明确装配工艺。装配工艺的合理性，在很大程度上影响着铁壳电机自动装配设备的运动形式、结构与体积大小、装配效率、装配质量以及装配过程的可靠性。针对铁壳电机自动化装配线节拍而言，整条装配线的工序具体如下：

定子辨向→定子上料→心轴上料→基座上料→定子压装→机械手抽线→心轴下料→后端盖上料→后端盖压装→后端盖锁螺丝→翻转机械手翻转180°→转子组件上料→前端盖上料→前端盖压装→前端盖锁螺丝→成品下料

通过对某机电制造企业铁壳电机自动化装配工序的分配流程可以明确，在对自动化装配线进行分配划分方面，具体的分配如表2所示。

通过列表1的分析可以看出，工位10所消耗的时间最长，同时也是最大的工位时间.而工位10与工位3平均工位时间的相差相对较大，最终导致生产出现了堆积的情况，对装配线整体生产效率和质量的提高造成了很大阻碍。并且，在具体工作期间，员工工作时间存在很大的差距，致使出现了负面的情绪，导致为了能够快速完成工作，而忽视了工作的质量[2]。

根据工作时间来对各个工位进行平均分配，能够很大程度上对各工位不平衡的情况进行解决[3]。所以，在确保不对产品率以及作业顺序等进行影响的前提下，可以重新分配各个工位的工作量，以保证各工位的工作量能够具有较强的均衡性。在此期间，可以将评价装配线负荷的评价函数η引入其中，具体公式如下：

η=产品装配总作业时间/装配线工作中心数×生产节拍

通过公式可以明确，装配线的系数如果相对较大，那么流水线的整体生产效率也会大幅度提升[4]。一般情况下，最为合适的装配线复负荷系数应该尽可能在80%以上。

生产节拍具体是指装配线瓶颈工位的工位时间，具体由表1可以看出，生产节拍C=39.0秒，由上述的公式可以得出：装配线负荷系数η

=241.5/39.0×14=44.23%

依照最終的结果得出，44.23%要比80%小很多，因此工位的分配不合理，在后续的设计中还需要进一步优化。

（2）铁壳电机自动化装配线节拍优化

将表1所获得的数据作为基础，对铁壳电机自动化装配线节拍进行优化，工位以及工作时间优化后具体情况如表2所示。

通过对表2的进一步分析可知，生产节拍C=20.8秒，负荷系数为：

η=234.5/20.8×14=80.53%

依照最终的结果，80.53%大于80%，所以这种优化方式具有较强的合理性以及有效性。

2.定子自动化装配工作站设计

在对定子自动化装配工作站进行设计的过程中，针对功能设计，需要将定子自动化装配工作站的实际需求作为依据，科学地对总功能模型图进行构建。

在模型图构建完毕之后，要将具体情况作为依据，科学的对模型图进行划分，合理划分成多个子功能，然后科学地融入相应辅助功能。

在具体的定子自动化装配工作站结构设计过程中，应该从多个层面加以考量，合理进行设计。在对物料输送结构进行设计期间，为了能够最大程度地将以往物料输送方式滞后的问题加以解决，可以对倍速链输送机进行有效的应用，保证能够让整体的工作效率和质量得到提高。

在进行基座压定子结构设计环节，应该确保压入过程中的压入深度能够满足既定要求和标准，将定子铁芯与基座同轴度，让基座不能与定子铁芯出现倾斜的情况，定子铁芯位置接线不会被压坏。在设计过程中，可以将压装底座安装固定在工作台上，将心轴插入到定子铁芯内孔中。因为心轴的外表面有铁磁，所以可以在一定程度上将定子铁芯吸引住。之后，心轴连带定子一同放到压装底座上来进行连接，并用紧定螺钉对心轴进行顶紧，将定子的定位固定工作完成之后。最后将基座对准定子，从上向下放入，在压力机的影响下，基座压装到定子上。针对这一方式，基座在具体的压装阶段，定子铁芯与基座同轴度。

3.后端盖自动化装配工作站设计

在具体的设计工作开展过程中，需要将后端盖自动化装配工作站的具体功能需求作为主要的研究依据，合理地对功能模型进行构建。

将构建好的总功能模型图进行合理的细分，然后融入相应的功能，让其获得子功能结构图。

在进行后端盖上料机构设计的过程中，因为后端盖的上料所应用的是弹匣式上料模式，借助自动化机械手臂能够实现抓取上料，整体的效果相对良好。所以，依照这一特点，所设计出来的储料以及推料机构如图7所示。

在对后端盖压装机构进行设计的过程中，可以借助气缸活塞杆的伸缩运动，对后端盖压头上下运动，有效的带动，保证能够起到较为良好的缓冲效果。结合这一特征根，得出的设计为如图8所示。

4.转子自动化装配工作站设计

依照其功能需求，在实际的设计过程中，需要先对总功能模型进行设计。

在对总功的模型图设计完毕之后，需要对模型进行科学的划分，让其能够形成多个子功能。

在开展设计工作过程中，转子的上料可以对料盘式上料模式加以利用，相关人员可以将转子放在斜道式料仓槽内，确保其能够滑动到料仓的底部，然后让凹型转子滚动到板处停留下来，通过转子上料机械手来进行上料，最终到达转子轴承压装支架上。依照转子料盘式上料的具体原理，设计出来的转子上料结构。

结论：

在本文的研究中，主要针对传统电机装配效率低以及质量差等问题展开了深入探析，设计了一套铁壳电机的自动化装配设备，力求可以促进企业核心竞争力的提高，让企业能够在市场中占有一定份额。在实际设计过程中，主要从自动装配需求层面考量，将以往的装配工艺作为依据，合理地制定了铁壳电机自动化装配工艺路线，并对装配工序进行了科学的工位划分，有针对性地对装配线进行设计，最后从装配线成本等角度出发，依照上下式流水线布局的模式，明确了铁壳电气自动化装配线的总体布局。同时，借助故障模式影响以及危害度分析方式，对铁壳电机装配线进行了可靠性分析，并设计了转子自动装配工作站以及电子自动装配工作站，很大程度上促进了装配精度的提高。

参考文献：

[1]程攀.铁壳电机自动装配线设计研究[D].浙江工业大学，2019.

[2]董鹏、吴仲礼、褚磊、陈玉杰.水泵交流电机定子生产线设计及自动化研究[J].黄河科技学院学报，2020，v.22;No.123（11）：37-43.

[3]李志梅，周圣林，赵振鲁.YL-335B自动线装配单元创新设计与实现[J].沙洲职业工学院学报，2019，022（002）：9-15.

[4]王卫东.风扇马达装配检测线自动化设计研究[J].自动化应用，2020（01）：17-18.