专利名称：一种机械部件自由落体式自动装配方法及装配装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械装配领域，特别涉及一种机械部件自由落体式自 动装配方法。
本发明还涉及该机械部件自由落体式自动装配方法的装配装置
背景技术：
由于移动通信手持机，数码相机，录像机，组合音响，激光视盘
机，mp3， DVD等电子产品数量的逐年增加，带动了DC插头线的大 规模生产。
DC插头线其生产流程一般是车五金件_电镀五金件-装配五 金件-注塑-再注塑。
目前，DC插头的种类很多，有2.5三极DC插头，2.5四极DC 插头，3.5四极DC插头，2.35音叉插头，3.0音叉插头，3.2音叉插 头，4.0音叉插头，4.75音叉插头，5.5音叉插头，6.5音叉插头，6.35 音频插头，9.5视频插头等。这些插头有个共同的特征插头都是由 若干个五金件轴和五金件轴套依次套接而成一个装配体，然后经注塑 处理得到。
与DC插头装配体类似的装配体装配，由于既费时又低档， 一直 是一种手工搡作的劳动力密集型工作，自动化程度低，无法满足大批 量生产需求。因此，研究简单易用的自动装配方法，研制开发一种可重构自动装配系统，以适应插头的多品种，大批量生产需求是非常必要的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，针对DC插头装 配体这类装配体的装配，提供一种简单易用的自由落体式自动装配方 法。
本发明还涉及该机械部件自由落体式自动装配方法的装配装置。
本发明是通过以下技术方案实现的 一种机械部件自由落体式自 动装配方法，机械部件由若干个轴类零件和套类零件依次套接而成， 各零件的各对相关轴或套的外表面和相关孔的内表面都是光滑回转 面，且轴和孔之间并非配合尺寸，具有较大间隙，其特征在于部件 的基础零件先沿相应输料槽从位于较高位置的相应导料孔自由落下， 落入位于较低位置的存放盒一个存放孔中并在孔中被定位；接着部件 的第二个零件沿相应输料槽从位于较高位置的相应导料孔自由落下，
套在基础零件上；部件的各个零件相继沿各个相应输料槽从位于较高 位置的各个相应导料孔自由落下，套在前一个零件上；直到机械部件 的各个零件全部套在一起，完成装配。
本发明所述导料孔有多种规格，每种零件的相应导料孔直径比该 零件的最大外圆直径大20-30微米，导料孔处导料块的材料必须保 证零件的接触长度与直径之比大于导料孔与零件之间的摩擦系数；存 放盒上存放孔直径比所配合的零件外圆直径大20-30微米，保证零 件轴线能尽可能垂直而只出现较小幅度的偏摆，以便保证当一零件落 入存放盒之后，下一种零件能够自动套在上边；部件的各个零件通过各自的输料槽及导料孔按顺序相继落入存放孔中，并套在一起，完成 装配。
本发明提供的实现机械部件自由落体式自动装配的装置，该装配 装置具有送料器，滑动工作台4，装配工作台7，零件自动分配机构，
装配体存放盒夹具18，导料块17，装配体存放盒，即机械部件存放 盒ll等组成，滑动工作台4位于装配工作台7下方，其中特征在于 送料器，包括有多个，每种零件一个，用于整理零件，使零件有序排 列，并通过输料槽输送到零件自动分配机构中，送料器灵活装置于装 配工作台7的周边；
存放盒11在存放盒夹具18中被准确定位、夹紧于滑动工作台4 上，滑动工作台4在伺服电机的驱动下作步进运动；
零件自动分配机构，包括有多个，每种零件一个，位于装配工作 台7上，分别从相应输料槽里面选出M个零件送到导料块17的相应 导料孔处，零件能沿着导料孔落入存放盒ll的孔中；
导料块17上开有导料孔，导料孔有多排，每种零件一排，每排 导料孔的数目与存放盒每一排孔的数目相同，为M个，M为大于或 等于3，小于或等于7的整数，每次滑动工作台4步进运动停止时， 某一排导料孔与存放盒某一排孔对齐；
存放盒自动分配机构，从存放盒输料槽12里面每次自动选出1 个存放盒11,由存放盒夹具夹紧装置的气缸送到存放盒夹具18中。
本发明送料器基本为圆形结构，其内设置有螺旋的升料带，螺旋 升料带上有挡片以保证各零件按照一定的顺序并保证各零件以小端在上，且轴线垂直于相应输料槽的槽底面的姿态储存起来；保证存放 盒11以带孔表面水平向上的姿态储存在存放盒输料槽12里；所述的 滑动工作台4为方形结构，其上安装有存放盒夹具18,伺服电机驱 动滑动工作台(4)及装配体存放盒11作步进运动。
本发明所述的零件自动分配机构均釆用多杆结构，用单耳转动气 缸8作为原动件，通过角杆9，连杆14连接相应的分配滑块，使得 滑块作双向滑动，各分配滑块均位于导料块17的上方，各分配滑块 恻面均开有缺口，缺口的数目为M个，缺口的大小恰好保证l个相 应的零件能进入滑块，分配滑块通过两个弹性限位器22准确确定两 个极限位置， 一个极限位置为其侧面的缺口恰好与零件输料槽的槽中 心对齐，每排输料槽里的1个零件在振动盘送料器的磁振力以及零件 的相互挤压作用下能自动进入分配滑块的缺口 ，另 一个极限位置为分 配滑块缺口与导料块17的相应导料孔对齐，缺口里的零件能沿着导 料孔落入存放盒ll的孔中。
本发明所述的导料块17开有导料孔，导料孔有多排，每种零件 一排，每排导料孔的数目与存放盒每一排孔的数目相同，为M个， M为大于或等于3，小于或等于7的整数，导料块17通过标准的接 口与装配工作台7连接，导料孔处导料块17的材料要求必须保证零 件的接触长度与直径之比大于导料孔与零件之间的摩擦系数，导料孔 直径比所引导零件的最大外圆直径大20 - 30微米。
本发明所述的装配体存放盒，即机械部件存放盒11为长方体结 构，存放盒上有矩形阵列阶梯型孔，其孔径尺寸要求必须保证所有零件都能从导料孔落入存放盒里面，以及零件落入存放盒11之后，其 轴能尽可能垂直而只出现较小幅度的偏摆，以便保证当一零件落入存 放盒之后，下一种零件能够自动套在上边，孔直径比所配合的零件外
圆直径大20-30微米，每次当存放盒ll被准确定位并夹紧时，位于 导料块17下方的存放盒11的第一排孔与导料块17的第一排导料孔 对齐，第1种零件从第一排导料孔落入存放盒后，滑动工作台4沿着 存放盒长度方向作步进运动，运动一段距离后停止，存放盒ll的第 二排孔与导料块17的第一排导料孔对齐，第1种零件沿第一排导料 孔落入存放盒第二排孔、第2种零件沿第二排导料孔落入存放盒第一 排孔，套在第l种零件上，按照同样的方式可以完成所有零件的自动 装配。
本发明具有占地面积小，工作效率高等特点，能节省大量的人力， 减轻工人的劳动强度，提高生产效率。
DC插头装配体这一类装配体具有以下共有特征装配体由若干 个轴类零件和套类零件依次套接而成，各零件的各对相关轴或套的外 表面和相关孔的内表面都是光滑回转面，且轴和孔之间并非配合尺 寸，具有较大间隙。
本发明中零件自动分配机构由单耳转动气缸8驱动，存放盒夹具 夹紧装置等釆用气缸作为原动件；
本发明包括控制电路，实现对该装配装置的控制，包括控制上料 速度，滑动工作台4的步进距离以及步进速度，机械手动作，皮带机 运转等。控制电路可以是以通用型数控系统为基础，可以是以可编程序控制器为基础，可以是以个人电脑为基础，可以是以工控机为基础， 也可以是以单片机为基础，它用于实现对该自动装配装置的控制，包 括控制上料速度，工作台的步进距离以及步进速度，机械手动作，皮 带机运转等。
本发明的滑动工作台4为方形结构，可以带动装配体存放盒11， 即机械部件存放盒作步进运动，此结构相比圆形工作台结构，具有可 以同时装配多个装配体，装配效率高，结构简单，占地面积小等优点。
本发明要求存放盒夹具能保证存放盒被准确定位并夹紧，夹紧装 置釆用气动元件驱动。
本发明的伺服电机可以是交流伺服电机、直流伺服电机、步进电 机或直线电机。
该装配装置还设置有监视DC插头装配进程的监控装置，该监控 装置可以是行程开关，也可以是光电感应开关。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述
图1是本发明实施例的实体模型图2是本发明实施例的各零件输料槽的实体模型图3是本发明实施例的振动盘送料器与输料槽的连接示意图4是本发明实施例各零件输料槽、各零件分配滑块、装配工作
台、导料块之间的位置关系以及结构的主视简图； 图5是本发明实施例各零件分配装置的机构简图； 图6是本发明实施例在图4中沿件17导料块上表面剖开，向下
投影的局部俯视图，反映零件IV分配机构的滑块与零件IV输料槽、装配工作台以及导料块之间的位置关系；
图7是本发明实施例实现DC插头装配体装配的原理图8是本发明实施例适用的DC插头装配体中的 一个具体实例 3.5四极DC插头零件I的实体模型图9是本发明实施例适用的DC插头装配体中的一个具体实例 3.5四极DC插头零件II的实体模型图10是本发明实施例适用的DC插头装配体中的一个具体实例 3.5四极DC插头零件III的实体模型图11是本发明实施例适用的DC插头装配体中的 一个具体实例 3.5四极DC插头零件IV的实体模型图12是本发明实施例适用的DC插头装配体中的 一个具体实例 3.5四极DC插头所有零件装配后的实体模型1.滚珠丝杠螺母副，2.电控柜，3.床身，4.滑动工作台，5. 零件IV输料槽，6.零件III输料槽，7.装配工作台，8a.单耳转动气 缸缸体，8b.单耳转动气缸活塞杆，9.角杆，IO.零件II输料槽，11. 装配体存放盒(机械部件存放盒)，12.存放盒输料槽，13.型材，14. 连杆，15.零件IV分配滑块，16.零件I输料槽，17.导料块，18.存 放盒夹具，19.零件III分配滑块，20零件II分配滑块，21.零件I分 配滑块，22.弹性限位器，23.零件分配滑块导向装置，24.齿轮副， 25.步进电机，26.振动盘送料器，27.输料槽中的零件，28.导料孔， 29.滑块缺口
具体实施例方式
实施例1:参照图8、 9、 10、 11，本发明的实施例l是实现零件
i,零件n，零件m,零件iv的依次套接，装配成图12所示的装配体，完成装配后，将装配体存入存放盒ll中，其中存放盒有20排孔，每
排由5个孔组成，总共由IOO个阶梯形孔组成。
具体是这样实现的参照图l，当存放盒ll被放入存放盒振动盘 送料器里边后，在振动盘的磁振动力作用下，能自动有序地沿着送料 器里边的螺旋轨道运动，螺旋轨道上的挡块等设计能保证开孔的表面 水平朝上，运动至存放盒输料槽12中进行暂时存储，其中存放盒振 动盘位于床身3的周边且靠近存放盒输料槽12的位置处。
参照图3，零件I在振动盘送料器的磁振力作用下，能自动有序沿 着螺旋轨道运动，螺旋轨道上的挡块等设计能保证零件I以小端在上 且轴线垂直于零件I输料槽16的槽底面的姿态储存在零件I输料槽 16中，其中零件I输料槽16的结构参照图2，总共5排槽，从振动 盘送料器出来的零件I因此被分成5排。按照相同的方式，零件II 在振动盘送料器的作用下，能自动有序沿着螺旋轨道运动，螺旋轨道 上的挡块等设计能保证零件II以小端在上且轴线垂直于零件II输料 槽IO的槽底面的姿态储存在零件II输料槽10中，零件II输料槽10 的结构参照图2。零件III和零件IV也都是按照相同的方式以小端朝 上且轴线分别垂直于零件III输料槽6和零件IV输料槽5的槽底面的 姿态分别储存在零件III输料槽6和零件IV输料槽5中，各零件的输 料槽都是由5排槽组成的，参照图2。四种零件都由单独振动盘送料 器自动送料，因此，本系统，包括存放盒振动盘送料器在内总共有5 个振动盘送料器，其中，零件振动盘送料器分布在床身3的周边位置。
参照图1,当滑动工作台4回到初始位置时，即工作台碰到初始行程开关时，存放盒输料槽12里面的存放盒11在一个存放盒自动分
配机构作用下，每次自动被选出l个，并被送到滑动工作台4上的存 放盒夹具18处，经准确定位后，存放盒夹具夹紧装置将存放盒11夹紧。
参照图7，当存放盒准确定位后，存放盒11第一排的5个孔与导 料块17第一排的5个导料孔对齐。
参照图4、 5、 6,初始时零件I分配滑块21后端面接触弹性限位 器22，此位置处分配滑块21的缺口恰好与零件I输料槽16的槽中心 对齐，输料槽16里面的零件I在振动盘磁振力以及各零件之间的相 互挤压作用下进入滑块21的缺口中，待存放盒ll准确定位后，分配 滑块21在单耳转动气缸8的驱动下带动缺口里面的零件向前边滑行， 直到分配滑块21的前端面接触弹性限位器22时停止，此时，分配滑 块21的缺口中心线与导料孔28的中心线对齐，缺口里面的零件能够 沿着导料孔同时落入存放盒11中，而零件n,零件m，零件IV的 分配滑块保持不动。
参照图7， 5个零件I同时掉入到存放盒11中的第一排孔后，滑 动工作台4在一个步进电机25的驱动下经过齿轮副24和滚珠丝杠螺 母副1的传递作用作步进运动。滑动工作台4的运动距离恰好是存放 盒11的孔距。待滑动工作台4停止时，存放盒ll的第二排孔与导料 块17的第一排导料孔对齐。
参照图6、 7,零件I和零件II在自动分配机构作用下，分别从零 件I输料槽16和零件II输料槽10中自动选出5个送至导料孔处，零件I沿导料块17的第一排导料孔，零件II沿导料块17的第二排导料 孔滑下。此时，零件I落入存放盒ll第二排孔，零件II落入存放盒 ll第一排孔，并套在零件I上，实现装配。因为存放盒孔为阶梯形并
有尺寸要求，孔径比所配合的零件I相应轴径大24微米，既能使各 零件I顺利落入存放盒，又能使轴线尽可能垂直，因此，零件II能套 在零件I上。
参照图7，滑动工作台4停止一段时间后，继续作步进运动，然 后停止，此时存放盒11第一排孔对准导料块17的第三排导料孔，零 件I,零件II，零件III在自动分配机构的作用下同时被自动选出5个 送到导料孔处，并从导料孔落入存放盒11中，零件IV分配滑块15 保持不动。零件I落入存放盒11第三排孔，零件II落入第二排孔， 套在零件I上，零件III落入第一排孔，套在零件II上。
参照图7，滑动工作台4停止相同时间后，继续步进运动一段距 离然后停止，此时存放盒11的第一排孔对准导料块17的第四排导料 孔，各零件分配滑块同时动作，四种零件可以同时落入存放盒11。 其中零件I落入第四排孔，零件II落入第三排孔，套在零件I上，零 件ni落入第二排孔，套在零件II上，零件IV落入第一排孔，套在 零件III上。
按照同样的动作原理，当存放盒11最后一排孔对准第二排导料孔 时，零件I分配滑块21的缺口始终与零件I输料槽16的槽中心对齐， 使得零件I不能落入存放盒11中，其他的零件可以同时落入存放盒 11，当存放盒11最后一排孔对准第三排导料孔时，零件I,零件II不能落入存放盒，当存放盒11最后一排孔对准第四排导料孔时，只
有零件IV才可以落入存放盒ll中，此时滑动工作台4再步进一次， 四种零件都不能落入存放盒ll中，此时存放盒夹具18松开并延时，
一个机械手将料盒搬到一条传送带上，待机械手将存放盒搬离滑动工 作台4后，滑动工作台4快速返回到初始位置，这样就完成一次装配 过程。
以上所述，是本发明机械部件自由落体式自动装配方法及其装配 装置的一个具体实现方式，并不代表本发明所有实现方式，凡是在结 构上与本发明类似，有相同或类似解决方案的具体应用，都在本发明 的保护范围之内。
通过3.5四极DC插头这一实例分析，机械部件自由落体式自动 装配方法及其装配装置适合装配由若干个轴类零件和套类零件依次 套接而成的装配体，各零件的各对相关轴或套的外表面和相关孔的内 表面都是光滑回转面，且轴和孔之间并非配合尺寸，具有较大间隙。 如果间隙不够，将会影响装配。对于影响装配的零件结构，可以考虑 在不影响零件使用性能的前提下，改变零件的结构设计，增加零件之 间的相对间隙。
权利要求
1.一种机械部件自由落体式自动装配方法，机械部件由若干个轴类零件和套类零件依次套接而成，各零件的各对相关轴或套的外表面和相关孔的内表面都是光滑回转面，且轴和孔之间并非配合尺寸，具有较大间隙，其特征在于部件的基础零件先沿相应输料槽从位于较高位置的相应导料孔自由落下，落入位于较低位置的存放盒一个存放孔中并在孔中被定位；接着部件的第二个零件沿相应输料槽从位于较高位置的相应导料孔自由落下，套在基础零件上；部件的各个零件相继沿各个相应输料槽从位于较高位置的各个相应导料孔自由落下，套在前一个零件上；直到机械部件的各个零件全部套在一起，完成装配。
2. 根据权利要求1所述的机械部件自由落体式自动装配方法， 其特征在于所述导料孔有多种规格，每种零件的相应导料孔直径比 该零件的最大外圆直径大20 - 30微米，导料孔处导料块的材料必须 保证零件的接触长度与直径之比大于导料孔与零件之间的摩擦系数； 存放盒上存放孔直径比所配合的零件外圆直径大20 - 30微米，保证 零件轴线能尽可能垂直而只出现较小幅度的偏摆，以便保证当一零件 落入存放盒之后，下一种零件能够自动套在上边；部件的各个零件通过各自的输料槽及导料孔按顺序相继落入存放孔中，并套在一起，完 成装配。
3. 一种实现权利要求1所述机械部件自由落体式自动装配的装置，其特征在于该装配装置具有送料器，滑动工作台(O,装配工 作台(7 ),零件自动分配机构，装配体存放盒夹具(18 )，导料块(17 )， 装配体存放盒，即机械部件存放盒(ll)等组成，滑动工作台(4)位 于装配工作台(7)下方，其特征在于送料器，包括有多个，每种 零件一个，用于整理零件，使零件有序排列，并通过输料槽输送到零 件自动分配机构中，送料器灵活装置于装配工作台(7)的周边；存放盒(11)在存放盒夹具(18 )中被准确定位、夹紧于滑动工 作台(4)上，滑动工作台(4)在伺服电机的驱动下作步进运动；零件自动分配机构包括有多个，每种零件一个，位于装配工作 台(7)上，分别从相应输料槽里面选出M个零件送到导料块(17) 的相应导料孔处，零件能沿着导料孔落入存放盒(11)的孔中；导料块(17)上开有导料孔，导料孔有多排，每种零件一排，每 排导料孔的数目与存放盒每一排孔的数目相同，为M个，M为大于 或等于3，小于或等于7的整数，每次滑动工作台(4)步进运动停 止时，某一排导料孔与存放盒某一排孔对齐；存放盒自动分配机构从存放盒输料槽(12)里面每次自动选出 1个存放盒(11 )，由存放盒夹具夹紧装置的气缸送到存放盒夹具(18 ) 中。
4.根据权利要求3所述的机械部件自由落体式自动装配装置， 其特征在于送料器基本为圆形结构，其内设置有螺旋的升料带，螺 旋升料带上有挡片以保证各零件按照一定的顺序并保证各零件以小 端在上，且轴线垂直于相应输料槽的槽底面的姿态储存起来；保证存放盒(11)以带孔表面水平向上的姿态储存在存放盒输料槽(12)里； 所述的滑动工作台(4)为方形结构，其上安装有存放盒夹具(18),伺 服电机驱动滑动工作台(4)及装配体存放盒(ll)作步进运动。
5. 根据权利要求4所述的机械部件自由落体式自动装配装置， 其特征在于所述的零件自动分配机构均采用多杆结构，用单耳转动 气缸(8)作为原动件，通过角杆(9),连杆(14)连接相应的分配滑块， 使得滑块作双向滑动，各分配滑块均位于导料块(17)的上方，各分 配滑块侧面均开有缺口，缺口的数目为M个，缺口的大小恰好保证1 个相应的零件能进入滑块，分配滑块通过两个弹性限位器(22)准确 确定两个极限位置， 一个极限位置为其侧面的缺口恰好与零件输料槽 的槽中心对齐，每排输料槽里的1个零件在振动盘送料器的磁振力以 及零件的相互挤压作用下能自动进入分配滑块的缺口 ，另 一个极限位 置为分配滑块缺口与导料块(17)的相应导料孔对齐，缺口里的零件 能沿着导料孔落入存放盒(ll)的孔中。
6. 根据权利要求5所述的机械部件自由落体式自动装配装置， 其特征在于所述的导料块(17)开有导料孔，导料孔有多排，每种 零件一排，每排导料孔的数目与存放盒每一排孔的数目相同，为M 个，M为大于或等于3，小于或等于7的整数，导料块(17)通过标 准的接口与装配工作台(7)连接，导料孔处导料块(17)的材料要求 必须保证零件的接触长度与直径之比大于导料孔与零件之间的摩擦 系数，导料孔直径比所引导零件的最大外圆直径大20 - 30微米。
7. 根据权利要求6所述的机械部件自由落体式自动装配装置，其特征在于所述的装配体存放盒，即机械部件存放盒(ll)为长方体 结构，存放盒上有矩形阵列阶梯型孔，其孔径尺寸要求必须保证所有 零件都能从导料孔落入存放盒里面，以及零件落入存放盒(ll)之后， 其轴能尽可能垂直而只出现较小幅度的偏摆，以便保证当一零件落入 存放盒之后，下一种零件能够自动套在上边，孔直径比所配合的零件 外圆直径大20 - 30微米，每次当存放盒(ll)被准确定位并夹紧时， 位于导料块(17)下方的存放盒(ll)的第一排孔与导料块(17)的第 一排导料孔对齐，第l种零件从第一排导料孔落入存放盒后，滑动工 作台(4)沿着存放盒长度方向作步进运动，运动一段距离后停止，存 放盒(ll)的第二排孔与导料块(17)的第一排导料孔对齐，第l种零 件沿第一排导料孔落入存放盒第二排孔、第2种零件沿第二排导料孔 落入存放盒第一排孔，套在第l种零件上，按照同样的方式可以完成 所有零件的自动装配。
全文摘要
本发明涉及一种机械部件自由落体式自动装配方法及其装配装置。该方法是部件的基础零件先沿相应输料槽从位于较高位置的相应导料孔自由落下，落入位于较低位置的存放盒一个存放孔中并在孔中被定位；部件的各个零件相继沿各个相应输料槽从位于较高位置的各个相应导料孔自由落下，套在前一个零件上；直到机械部件的各个零件全部套在一起，完成装配。该装配装置具有送料器，滑动工作台，装配工作台，零件自动分配机构，装配体存放盒夹具，导料块，装配体存放盒等组成。该装配装置具有结构简单，装配效率高，占地面积小等优点。
文档编号B23P19/04GK101602160SQ200910040798
公开日2009年12月16日 申请日期2009年7月3日 优先权日2009年7月3日
发明者刘志辉, 张自强 申请人:汕头大学;汕头轻工装备研究院