摩托车转向轴承珠碗自动排列及码垛装置的制作方法

本发明涉及非标自动化技术领域，尤其涉及摩托车转向轴承珠碗自动排列及码垛装置。

背景技术：

摩托车转向轴承是一种安装在车架立管和前叉方向柱上的专用轴承，转向轴承由上珠碗、滚珠、下珠碗三大部分组成。其上、下珠碗生产工艺复杂，从毛坯料到成品中间要经过热处理、退火、软磨、车削、清洗等三十多个加工工艺。因为是非标件，国内外少有轴承生产公司或者自动化设计制造公司使用自动检测排列装置。在轴承加工过程中，其中多处工序之间需要进行珠碗的排列装盘，现有技术都是在输送导轨的下料口放置一个收集框，对加工完成的珠碗进行收集，珠碗从输送导轨的下料口掉落至收集框内，珠碗无须堆放在收集框内，还需要人工进行排列装盘，即将工件端面统一朝向，然后放入五列的料盘中。一个熟练工人将上珠碗排列一盘的时间为12分钟，工作时间有限，易疲劳。这对提高生产效率和降低生产成本十本不利。根据国家统计局数据，到2015年，我国轴承产量有望超过500亿套，成为全球最大的轴承生产和销售基地。但我国轴承自动化生产水平不高。

因此设计一套低成本、能够快速排列部署的珠碗自动排列及码垛装置已成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

发明目的：针对以上不足，本发明的目的是提供一套低成本、能够快速排列部署的摩托车转向轴承珠碗自动排列及码垛装置，以用于解决轴承加工过程中珠碗排列问题。

技术方案：摩托车转向轴承珠碗自动排列及码垛装置，包括振动料斗、识别翻转机构、排列机构、料盘进给机构、码垛机构和控制系统；

振动料斗包括振动底座、料盘、排序定向轨道，排序定向轨道通过机械连接固定于料盘上；

识别翻转机构包括入料口轨道、入料口轨道末端平台、光纤传感器、力推气缸、步进电机、珠碗姿态调整挡片和出料口通道；入料口轨道与排序定向轨道相连，光纤传感器垂直于入料口轨道末端平台，力推气缸水平安装于入料口轨道末端平台一侧，珠碗姿态调整挡片和步进电机机械相连，珠碗姿态调整挡片与入料口轨道末端平台齐平，出料口通道垂直于珠碗姿态调整挡片；

排列机构包括推板推力气缸、推板、排列推力气缸、轴承排列滑块和光电传感器，排列机构垂直位于出料口通道下方，推板组成v型槽，推板推力气缸垂直安装于推板一侧的首末两端，排列推力气缸平行于v型槽中珠碗的排列方向，轴承排列滑块在v型槽中移动，光电传感器平行安装于v型槽端末端；

料盘进给机构包括料盘和直线滑块模组，料盘垂直安放于所述直线滑块模组上并位于v型槽的下方；

码垛机构由直角坐标式机器人构成，位于直线滑块模组的末端；

控制系统包括上位机、stm32mcu微控制器和运动控制卡。

直角坐标式机器人由直线模组、横向平板、夹取推力气缸、手臂、滚珠丝杠直线导轨滑台和机架框组成；直线模组平行固定于机架框上下两边的横梁上，滚珠丝杠直线导轨滑台垂直于直线模组，并用三脚架固接滚珠丝杠直线导轨滑台的一端于直线模组的滑台上。横向平板平行于直线模组且上下两个端面固接于滚珠丝杠直线导轨滑台上，横向平板左右两边上设有两个呈横向平板中心对称分布长方形方孔。夹取推力气缸平行固定于横向平板的左右两端，手臂垂直通过横向平板上的长方形方孔且固接于夹取推力气缸的推杆上。直角坐标式机器人在直线模组的作用下运送至料盘的正上方，直线模组为2个。横向平板通过滚珠丝杠直线导轨滑台下降至料盘的正上方，直线导轨滑台为两个。夹取推力气缸推送手臂夹取料盘，然后在直线模组的作用下运送至码垛区，气缸和手臂均为两个。

入料口轨道末端平台上设有两个呈平中心对称分布的圆孔，入料口轨道末端平台的宽度和长度大于珠碗直径尺寸。

珠碗姿态调整挡片与入料口轨道末端平台相齐平并留有3-4毫米间隙，使其不影响调整挡片的旋转。

姿态调整挡片的宽度大于出料口通道的入口面宽度的二分之一，姿态调整挡片的长度小于出料口通道的入口面长度。

排列机构中的推板推力气缸和推板组成珠碗排列单元。

轴承排列滑块的直径是珠碗直径的二倍，避免了当v型槽打开时轴承排列滑块的下落。

珠碗排列单元中的所述推板和推板推力气缸均为两件。

控制系统采用嵌入式控制加pc通信调节的方式。

出料口通道为方形漏斗状，使珠碗有序平缓的落下。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：本发明通过设置振动料斗、检测装置、气缸、珠碗翻转机构、排列机构和码垛装置，实现了轴承珠碗的自动排列码放，减轻了工人劳动强度，降低了成本，解决了现有技术存在的劳动强度大、费工费时的技术问题，同时可实现流水线操作，达到了提高生产效率，提高自动化程度的目的。

附图说明

图1是本发明转向轴承珠碗自动排列及码垛装置的整体结构图；

图2是本发明翻转识别机构和排列机构整体视图；

图3是本发明翻转识别机构和排列机构局部视图；

图4是本发明珠碗排列单元局部视图；

图5是本发明出料口通道和珠碗姿态调整挡片局部视图；

图6是本发明码垛机构的俯视图；

图7是本发明码垛机构的侧视图；

图8是本发明的技术路线图；

图9是本发明的控制系统框图。

具体实施方式

如图1、图2所示，摩托车转向轴承珠碗自动排列及码垛装置，包括振动料斗、识别翻转机构、排列机构、料盘进给机构、码垛机构和控制系统；振动料斗包括振动底座1、料盘2、排序定向轨道3，排序定向轨道3通过机械连接固定于料盘2基盘上，定向轨道3的末端与识别翻转机构的入料口轨道8前端齐平相连。识别翻转机构包括入料口轨道8、入料口轨道末端平台16、光纤传感器17、力推气缸15、步进电机19、珠碗姿态调整挡片18和出料口通道9，入料口轨道末端平台16上设有两个呈平台16中心对称分布孔径为3mm的圆孔，入料口轨道末端平台16的宽度和长度略大于珠碗直径尺寸，从而避免了后续珠碗的运动对当前珠碗的检测产生的影响。两个光纤传感器17的探头垂直于入料口轨道末端平台16，处于圆孔的正下方。力推气缸15平行于入料口轨道平台16一侧，珠碗姿态调整挡片18和步进电机19机械相连组成姿态调整单元，珠碗姿态调整挡片18与入料口轨道末端平台16齐平，出料口通道9垂直于珠碗姿态调整挡片18。排列机构包括推板推力气缸10、推板12、排列推力气缸20、轴承排列滑块13和光电传感器14，排列机构垂直位于出料口通道9下方，推板12组成v型槽，推板推力气缸10垂直于一个推板12一侧的首末两端，排列推力气缸20平行于v型槽中珠碗11的排列方向，轴承排列滑块13可以在v型槽中移动，轴承排列滑块13的直径是珠碗直径的二倍，避免了当v型槽打开时轴承排列滑块13的下落。光电传感器14平行安装于v型槽端末端。料盘进给机构包括料盘6和直线滑块模组5。码垛机构由直角坐标式机器人7构成，位于直线滑块模组5的末端。空料盘区的空料盘6通过码垛机构搬运至直线模组5的末端，然后在直线模组5作用下运输至v型槽的正下方。机架4为铝合金架。

如图3所示，珠碗姿态调整挡片18和步进电机19机械相连组成姿态调整单元。珠碗姿态调整挡片18与入料口轨道末端平台16相齐平并留有3-4毫米间隙，使其不影响调整挡片18的旋转。

如图4所示，排列机构中的推板推力气缸10和推板12组成珠碗排列单元。推板12为两件，推板推力气缸10为两个。两块推板12呈v型安装组成v型槽，使其对下落的工件起支撑作用。

如图5所示，姿态调整挡片18垂直位于出料口通道9中，姿态调整挡片18的宽度略大于出料口通道9的入口面宽度的二分之一，姿态调整挡片18的长度小于出料口通道9的入口面长度，此设计不影响珠碗姿态调整挡片18在出料口通道9中旋转，而且能使珠碗正确无误的从通道中滑出。出料口通道9设计为呈方形漏斗形状，从而使珠碗有序平缓的落下。

如图6、图7所示，直角坐标式机器人7由直线模组24、横向平板25、夹取推力气缸26、手臂27、滚珠丝杠直线导轨滑台28和机架框29组成。直线模组24平行固定于机架框29上下两边的横梁上，滚珠丝杠直线导轨滑台28垂直于直线模组24，并用三脚架固接滚珠丝杠直线导轨滑台28的一端于直线模组24的滑台上。横向平板25平行于直线模组24且上下两个端面固接于滚珠丝杠直线导轨滑台28上，横向平板25左右两边上设有两个呈横向平板中心对称分布长为10cm、宽为5mm的长方形方孔。夹取推力气缸26平行固定于横向平板25的左右两端，其中的上下左右方向以图6为准，手臂27垂直通过横向平板25上的长方形方孔且固接于夹取推力气缸26的推杆上。直角坐标式机器人7在直线模组24的作用下运送至料盘6的正上方，直线模组24为2个。横向平板25通过滚珠丝杠直线导轨滑台28下降至料盘6的正上方3cm，直线导轨滑台28为两个。夹取推力气缸26推送手臂27夹取料盘，然后在直线模组24的作用下运送至码垛区，气缸26和手臂27均为两个。

如图8所示，凌乱散落的珠碗在振动传输系统的作用下，使珠碗一个个有序通过包含两个光纤传感器17的检测单元，通过检测单元识别的信号来驱动调整单元中的步进电机19正反180度运转，步进电机19带动调整单元中姿态调整挡片19旋转，使其珠碗有序有规则的落入珠碗排列单元中。在这一系列过程中通过调节编制程序中的相关参数，如气缸通断时间、步进电机的脉冲频率、程序的延时时间等，使其珠碗有规则的排列在v型槽中。当珠碗排列满v型槽时，触发光电传感器14发出检测信号，从而驱动推板推力气缸10运动，v型槽将会打开，使排列好的一列轴承下落至料盘6中。气缸10每运动一次，程序内计数器自动加1。当料盘6内的珠碗排列满一行时，直线模组向前运动一定距离使其料盘6的下一空列处在v型槽正下方。当程序内计数器的值等于料盘6的总列数值时，即料盘6排满。此时料盘6在料盘进给系统的作用下推送至桁架直角坐标式机器人7下端。此过程中我们通过调整一系列参数，如步进电机的脉冲频率和脉冲步数、程序的延时时间等，使其机器人7能准确高效的将料盘搬运至码垛区。

如图9所示，控制系统23采用嵌入式控制加pc通信调节的方式。上位机与stm32mcu微控制器通过rs-485串口通信建立连接，在上位机上设置珠碗的正反面和码垛的层数，从而控制mcu。stm32mcu微控制器与运动控制板卡通过i²c通信建立连接，以此来控制运动板卡io口输出矩形波脉冲进而来控制步进电机的驱动器从而来驱动电机的运动，通过编码器把步进电机运动的角位移和直线位移转换成电信号经数模转换后反馈给mcu，实现闭环控制，从而实现了步进电机的高精度运转控制。

本发明的工作过程：将所要排列的工件倒入料盘2中，振动底座1带动料盘2开始工作，工件进入排序定向轨道3中，排序定向轨道3会使料盘中的工件成单行按规定的方向和位置排列送出，送出的珠碗22经入料口轨道8至入料口轨道末端平台16。轴承珠碗22从振动料斗中出来有两种朝向可能，因此需要对入料口轨道末端平台16处轴承珠碗的姿态进行检测。入料口轨道末端平台16上的珠碗经下方的光纤传感器17检测分辨出轴承珠碗22的姿态。入料口轨道末端平台16上的珠碗22经力推气缸15推送至珠碗姿态调整挡片18，姿态调整单元会根据检测装置传来的信号，对调整挡片18上的轴承珠碗进行不同的调整，如果平面向上，姿态调整单元将逆时针旋转180度，如果凸起圆形面朝上，则姿态调整单元顺时针旋转180度。珠碗22经出料口通道垂直下落至v型槽，为了使珠碗22有序排列至v型槽，本发明设置了轴承排列滑块13，初始状态时轴承排列滑块13与排列推力气缸20之间的距离为一个珠碗的宽度，轴承排列滑块13的一端通过丝绳与电机21上的滑轮相缠绕，轴承排列滑块13可以在v型槽中平滑移动，当珠碗22下落至v型槽后排列推力气缸20通过推送珠碗使其滑块向后移动一个珠碗宽度距离，方便下一个珠碗有序落入，每次排列结束后，触发v型槽末端的光电传感器14的发出检测信号，并通过程序的延时作用，驱动电机21的旋转带动轴承排列滑块13运动至初始状态。排列推力气缸20的伸缩和姿态调整单元通过有序配合实现了珠碗的有序排列。当v型槽中的珠碗11排列满时，通过v型槽末端的光电传感器14的检测信号驱动推板推力气缸10，v型槽将会打开，使排列好的一列轴承下落至料盘6中。当料盘6排列满时，通过直线滑块模组5运送至码垛机构。此时直角坐标式机器人开始运动，搬运机构在直线模组24的作用下运送至料盘6的正上方，横向平板25通过直线导轨滑台28下降至料盘6的正上方3cm，夹取推力气缸26推送手臂27夹取料盘，然后再在直线模组24的作用下运送至码垛区。运送至码垛区后，直角坐标式机器人7运动到空料盘区夹取空料盘6并在直线模组5的作用下运送至v型槽的正下方，此后珠碗的排列码垛重复以上动作，实现了系统的自动化。