全自动球阀装配设备和其装配方法与流程

本发明涉及球阀制造设备技术领域，具体地讲，涉及一种全自动球阀装配设备和其装配方法。

背景技术：

在我国，球阀被广泛的应用在石油炼制、长输管线、化工、造纸、制药、水利、电力、市政、钢铁等行业，在国民经济中占有举足轻重的地位。装配是球阀生产的后置工序，在其生产制造中占有重要的地位。

目前，国内生产球阀的企业，在生产组装球阀时，基本上都是手工组装。现有的手工组装球阀的方式存在速度慢、装配效率低等缺点，已显然满足不了现代生产制造自动化、高精度的生产要求。此外在一个大的球阀企业中，一年中球阀的产量一般都较大，就需要招收大量的装配工人来组装球阀，大量的劳动力就需要大量的劳动力成本，经济效益不高，而且目前企业都存在招工难的问题，有时候招不到足够多的工人进行组装生产，导致产品加工延期。例如申请号为201620807273.1的中国专利：一种全自动圆盘式球阀组装机，实现了全自动球阀的组装，但是并没设计相关的球阀气测设备以及球阀装手柄和标签设备。为全面整体提高球阀的装配效率，因此设计一种包括球阀组装、气测、装手柄和标签的全自动一体化的球阀装配设备是很有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理、系统完善、可全面整体提高球阀的装配效率的球阀组装、气测、装手柄和标签的全自动一体化的球阀装配设备，并给出了具体的装配方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种全自动球阀装配设备，其特征在于：包括球阀组装设备、球阀气测设备、球阀装手柄和标签设备；球阀组装设备与球阀气测设备相连接；球阀气测设备与球阀装手柄和标签设备相连接；

球阀组装设备包括第一工作台；第一工作台上均布若干个阀体夹具和阀帽夹具，第一工作台的侧边依次设有侧密封圈装填料机构、侧螺盖和阀杆上料机器人、侧螺盖拧紧装置、阀球安装机构、阀帽安装机构、预拧紧和加胶机构、锁紧机构、阀体阀帽上料机器人，其中阀球安装机构远离第一工作台的一侧设置有阀球上料机器人；

侧密封圈装填料机构包括基座和气缸一，气缸一沿水平方向固定在基座上，气缸一的气缸杆端部设置有推头；

侧螺盖拧紧装置包括第一拧紧机和气缸二；第一拧紧机水平布置在所对应工位的侧边，气缸二通过安装架一沿竖直方向布置在所对应工位的正上方，气缸二的气缸杆端部设置有顶出头；

阀球安装机构包括气缸三，气缸三通过安装架二沿竖直方向布置在所对应工位的正上方，气缸三的气缸杆端部设置有压紧头；

球阀上料机器人的夹具部分含有两个相对设置的机械加持手指，在动力驱动下，做张合动作；

阀帽安装机构包括驱动模块、夹持部件和气缸四；气缸四沿水平方向连接在驱动模块上，气缸四在驱动模块作用下沿竖直方向做升降运动，夹持部件与气缸四连接；

预拧紧和加胶机构包括支架、第二拧紧机、针筒和气缸五；第二拧紧机设置在支架的上部，且第二拧紧机的旋紧头正对所对应工位上的阀体夹具；针筒和气缸五连接，气缸五水平设置在支架下部，针筒的出胶头正对所对应工位上阀体夹具上装夹的阀体的螺纹处；

球阀气测设备包括底座，底座上设置有第二工作台、球阀上料机器人、旋转阀杆机构和压紧充气机构；第二工作台上均布若干个夹具二，夹具二的底部设置有气腔和气孔接口，气孔接口和气腔相通；球阀上料机器人、旋转阀杆机构和压紧充气机构位于第二工作台的侧边，其中压紧充气机构位于旋转阀杆机构的上方；压紧充气机构包括安装架三和若干个气缸六，气缸六沿竖直方向固定连接在安装架三顶部，气缸六的气缸杆端部设置有密封头；

球阀上料机器人的夹具部分包括夹持板和连接块；夹持板为两个，相对设置在连接块上，两个夹持板相对的侧边均设有半圆形槽；连接块通过一个导杆与球阀上料机器人的机器人本体连接；

压紧充气机构的安装架三顶部设置两个气缸六，每个气缸六下方对应配置一个旋转阀杆机构；压紧充气机构和与之相对应的旋转阀杆机构配合使用，组合成一套气测装置；气测装置为两套；

球阀装手柄和标签设备包括框架部分、夹具三、手柄上料部分、标签上料部分、震动缸上料部分、上料机器人和第三拧紧机；框架部分内设有第三工作台；夹具三通过基座固定在第三工作台上；手柄上料部分、标签上料部分、震动缸上料部分、上料机器人和拧紧机围绕夹具依次设置在第三工作台上；上料机器人的夹具部分含有吸盘，用来吸附标签进行装配。

本发明所述的球阀组装设备还包括阀杆上料震动缸、侧螺盖上料震动缸和侧密封圈上料震动缸。

本发明所述的第一工作台和第二工作台均为圆盘式可转动工作台，绕其圆心做间歇式分度转动；第一工作台的边沿处周向均布八工位，每个工位上设置一个阀体夹具，每个阀体夹具对应设置一个阀帽夹具；所述的侧密封圈装填料机构、侧螺盖和阀杆上料机器人、侧螺盖拧紧装置、阀球安装机构、阀帽安装机构、预拧紧和加胶机构、锁紧机构、阀体阀帽上料机器人沿圆盘式可转动第一工作台的圆周方向围成一圈，且按先后顺序依次对应一个工位；第二工作台的边沿处周向均布八个夹具二；所述的球阀上料机器人和两套气测装置沿圆盘式可转动第二工作台的圆周方向布置。

本发明所述的球阀装手柄和标签设备中的标签上料部分包括底板、支柱和凹型卡槽；底板固定在第三工作台上，支柱和凹型卡槽均沿竖直方向固定在底板上；凹型卡槽的开口处正对支柱。

本发明所述的球阀装手柄和标签设备中的震动缸上料部分用来对拧紧手柄的螺母进行上料。

本发明所述的手柄上料部分设置有长条型凹槽。

本发明所述的第三拧紧机水平设置，第三拧紧机的拧紧头正对夹具三上装夹的阀体的阀杆孔。

全自动球阀装配设备的装配方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）球阀组装设备对阀体、阀帽、阀杆、阀球、侧螺盖、侧密封圈和球阀密封圈进行组装成球阀，具体过程为：

1)侧密封圈上料震动缸将侧密封圈上料到侧密封圈装填料机构的推头上，推头在气缸一的作用下将侧密封圈装进阀体夹具装夹的阀体的侧阀杆孔内，第一工作台转动一个工位；

2)侧螺盖和阀杆上料机器人从阀杆上料震动缸的出料口处取出阀杆，将阀杆从阀体上部端口装入到阀杆孔内，第一工作台转动一个工位；

3)侧螺盖拧紧装置中的气缸二的气缸杆端部的顶出头向下深入阀体，将阀杆安装到位，然后侧螺盖和阀杆上料机器人从侧螺盖上料震动缸的出料口处取出侧螺盖，将侧螺盖放置到阀杆上，此时第一拧紧机对侧螺盖进行拧紧，第一工作台转动一个工位；

4)阀球上料机器人将阀球放置到阀体内，阀球安装机构中气缸三的气缸杆端部的压紧头伸入阀体，压紧阀球，使阀球的缺口和阀杆配合，第一工作台转动一个工位；

5)阀帽安装机构的夹持部件在气缸四和驱动模块的作用下，夹住阀帽，将阀帽放置到阀体上，第一工作台转动一个工位；

6)预拧紧和加胶机构对阀帽和阀体进行预拧紧，以及在预拧紧的同时，向阀帽和阀体的螺纹连接处加注入胶水，第一工作台转动一个工位；

7)锁紧机构对阀帽和阀体进行拧紧，第一工作台转动一个工位；

8)阀体阀帽上料机器人将组装完成的球阀从阀体夹具上取出，随后将阀体和阀帽分别放到阀体夹具和阀帽夹具中；

9)将球阀输送到球阀气测设备处；

（2）球阀气测设备对球阀进行气密性检测，具体过程为：

1)球阀上料机器人将球阀放置到夹具二中，第二工作台转动一个工位；

2)压紧充气机构中气缸六的气缸杆端部的密封头向下运动将球阀上部端口密封，旋转阀杆机构旋转阀杆，夹具二底部的气孔接口连接的气测设备对球阀进行气测；

3)球阀上料机器人将经过气测的球阀取出，然后将待测球阀装夹到夹具二中；

4)将气测合格的球阀输送到球阀装手柄和标签设备处；

（3）球阀装手柄和标签设备对球阀进行装配标签和手柄，具体过程为：

1)上料机器人将气测合格的球阀装夹到第三工作台的夹具三中；

2)上料机器人将手柄、标签、用于拧紧手柄的螺母依次装配到阀杆上；

3)第三拧紧机旋紧螺母；

4)上料机器人将装配完成的球阀取出。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

（1）将球阀组装、气测、装手柄和标签的设备整合为一个系统的全自动生产线，自动化程度高，全面整体提高了球阀的装配效率；

（2）球阀组装设备采用多工位转盘式工作台，工作台每转过一个工位，所有的装置同时进行组装，即每转过一个工位，就完成一个球阀的组装，装配效率高；

（3）球阀气测设备可实现球阀内漏、外漏同时检测，高精度5秒一个气泡；

（4）球阀装手柄和标签设备采用机器人装手柄和标签，效率高；

（5）全自动球阀装配设备通过可编程控制器plc控制，只需界面操作，操作简单，大大节省企业的劳动力成本。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图，其中省略了设置在平台内、外部的所有机构。

图2是本发明实施例的球阀组装设备结构示意图。

图3是本发明实施例去除侧螺盖、侧密封圈和阀杆上料震动缸的球阀组装设备结构示意图。

图4是本发明实施例的球阀气测设备结构示意图。

图5是本发明实施例的球阀装手柄和标签设备结构示意图。

图6是本发明实施例的球阀装手柄和标签设备中标签上料部分结构示意图。

图7是本发明实施例的球阀装手柄和标签设备中手柄上料部分结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

参见图1至图7，本发明实施例一种全自动球阀装配设备包括球阀组装设备1、球阀气测设备2、球阀装手柄和标签设备3。

球阀组装设备1通过第一输送装置4与球阀气测设备2相连接；球阀气测设备2通过第二输送装置5与球阀装手柄和标签设备3相连接。

本发明实施例的工艺流程为：

（1）球阀组装设备1用来对阀体、阀帽、阀杆、阀球、侧螺盖、侧密封圈和球阀密封圈进行组装成球阀；

（2）已组装完成的球阀经第一输送装置4转运到球阀气测设备2处，球阀气测设备2对球阀进行气密性检测，合格的球阀经第二输送装置5转运到球阀装手柄和标签设备3处；

（3）根据客户要求，球阀装手柄和标签设备3对合格的球阀进行装配相应的标签和手柄。

下面对本发明实施例每一步工艺流程用到的设备做详细说明：

球阀组装设备包括第一工作台10、侧密封圈装填料机构11、侧螺盖和阀杆上料机器人12、侧螺盖拧紧装置13、阀球上料机器人14、阀球安装机构15、阀帽安装机构16、预拧紧和加胶机构17、锁紧机构18、阀体阀帽上料机器人19。

第一工作台10为圆盘式可转动第一工作台，在其第一工作台下方布置有动力机构，在动力机构带动下，第一工作台10绕其圆心做间歇式分度转动。第一工作台10的边沿处周向均布八个工位，每个工位上设置一个阀体夹具101，每个阀体夹具101对应设置一个阀帽夹具102。

侧密封圈装填料机构11、侧螺盖和阀杆上料机器人12、侧螺盖拧紧装置13、阀球安装机构15、阀帽安装机构16、预拧紧和加胶机构17、锁紧机构18、阀体阀帽上料机器人19沿圆盘式可转动第一工作台10的圆周方向围成一圈，且按先后顺序分别对应一个工位。

侧密封圈装填料机构11包括基座111和沿水平方向固定在基座上的气缸一112，气缸一112的气缸杆端部设置有推头，推头正对所对应工位上装夹的阀体一侧的阀杆孔。侧密封圈上料震动缸113将侧密封圈上料到气缸一112的气缸杆端部的推头上，然后推头通过气缸杆的伸缩运动将侧密封圈装入阀体的阀杆孔内。

侧螺盖和阀杆上料机器人12用来将阀杆装入到阀体的阀杆孔内，以及将侧螺盖装入到阀杆伸出阀杆孔的一端上；侧螺盖和阀杆分别由侧螺盖上料震动缸121和阀杆上料震动缸122实现上料。

侧螺盖拧紧装置13包括第一拧紧机131和气缸二132。第一拧紧机131水平布置在所对应工位的侧边。气缸二132通过安装架一133沿竖直方向布置在所对应工位上的阀体夹具的正上方，且气缸二132的气缸杆的端部装有顶出头，气缸杆伸出从而带动顶出头进入所对应工位上装夹的阀体内，并顶住阀杆，将阀杆安装到位。此时，第一拧紧机131对侧螺盖进行预拧紧和拧紧，关于预拧紧和拧紧可参考现有技术。

阀球上料机器人14和阀球安装机构15位于同一工位，此工位完成阀球的装入和压紧。阀球安装机构15包括气缸三151，气缸三151通过安装架二沿竖直方向布置在所对应工位上的阀体夹具的正上方，并且气缸三151的气缸杆的底部装有压紧头。阀球上料机器人14的夹具部分含有两个相对设置的机械加持手指141，在动力驱动下，做张合动作，从而夹住阀球将其装入到阀体内，然后气缸三151的气缸杆伸出从而带动压紧头进入所对应工位上的阀体夹具装夹的阀体内，并压紧阀球，使阀球的缺口与阀杆配合。

阀帽安装机构16包括驱动模块161、气缸四162和夹持部件163。气缸四162沿水平方向连接在驱动模块161上，夹持部件163与气缸四162的气缸杆连接。气缸四162的气缸杆伸出，带动夹持部件163移动到所对应工位上阀帽夹具的上方；然后在驱动模块161作用下气缸四162沿竖直方向做下降运动，从而带动夹持部件163做下降运动而夹住阀帽；随后气缸四162的气缸杆缩回，带动夹持部件163移动到所对应工位上阀体夹具的上方，从而将阀帽放置到阀体上。

预拧紧和加胶机构17用于将阀帽和阀体进行预拧紧，以及在预拧紧的同时，向阀帽和阀体的螺纹连接处加注入胶水，从而保证球阀的密封性。预拧紧和加胶机构17包括支架171、第二拧紧机172、针筒和气缸五。第二拧紧机172设置在支架171的上部，且第二拧紧机172的旋紧头正对所对应工位上的阀体夹具。针筒和气缸五连接，气缸五水平设置在支架171下部，针筒的出胶头正对所对应工位上阀体夹具上装夹的阀体的螺纹处，针筒在气缸五的带动下从而将胶水注入到阀帽和阀体的螺纹连接处。

锁紧机构18用于将阀帽在安装后将其旋紧，从而使阀帽与阀体不脱落。锁紧机构19的结构同去除针筒和气缸五的预拧紧和加胶机构17的结构相同。至于拧紧机如何进行预拧紧和拧紧，可参考现有技术。

阀体阀帽上料机器人19采用四轴机器人，用来将组装完成的球阀从工位上取出，然后再将阀体和阀帽分别放到阀体夹具101和阀帽夹具102中。

球阀气测设备包括底座21、第二工作台22、球阀上料机器人23、旋转阀杆机构24和压紧充气机构25。第二工作台22、球阀上料机器人23、旋转阀杆机构24和压紧充气机构25均设置在底座21上。

第二工作台22为圆盘式可转动第二工作台，在其第二工作台下方布置有动力机构，在动力机构带动下，第二工作台22绕其圆心做间歇式分度转动。第二工作台22的边沿处周向均布八个夹具二26。夹具二26的底部设置有气腔261，并且底部外侧边设置有气孔接口262，气孔接口262和气腔261相通。

压紧充气机构25包括安装架三27，安装架三27的顶部沿竖直方向固定连接两个气缸六28，气缸六28的气缸六杆端部设置有密封头，密封头正对所对应工位上的夹具二26装夹的球阀的上端。每个气缸六28下方对应配置一个旋转阀杆机构24，压紧充气机构25和与之相对应的旋转阀杆机构24配合使用，组合成一套气测装置。

球阀上料机器人23用于将组装完成的球阀放置到夹具二26中。球阀上料机器人23的夹具部分包括夹持板231和连接块232。夹持板231为两个，相对设置且可张合地连接在连接块232上。两个夹持板231相对的侧边均设有半圆形槽，从而能可靠地夹持住球阀。连接块231通过一个导杆233与球阀上料机器人23的机器人本体连接，在动力驱动下，导杆233做旋转运动，从而带动连接块232和夹持板231做旋转运动。

本发明实施例中球阀气测设备设置两套气测装置，球阀上料机器人23和两套气测装置沿圆盘式可转动第二工作台22的圆周方向布置。

本发明实施例中球阀气测设备可实现球阀内漏、外漏同时检测，高精度5秒一个气泡，旋转阀杆机构24实现阀杆自动旋转。

本发明实施例中球阀气测设备的工作流程为：首先，球阀上料机器人23将球阀上料到夹具二26上，球阀的底部与夹具二26底部的气腔261密封连接，气孔接口262通过塑料胶管与气测仪器相连接；然后，气缸六28的气缸六杆端部的密封头做下降运动，从而将球阀的上端部密封，旋转阀杆机构24旋转阀杆，气测仪器对其进行气测。具体的气测仪器及气测原理可参考现有技术。

球阀装手柄和标签设备包括框架部分31、夹具三37、手柄上料部分32、标签上料部分33、震动缸上料部分34、上料机器人35和第三拧紧机36。框架部分31内设有第三工作台。夹具三37通过基座371固定在第三工作台上。手柄上料部分32、标签上料部分33、震动缸上料部分34、上料机器人35和第三拧紧机36围绕夹具三37依次设置在第三工作台上。

上料机器人35用来将球阀放置到夹具三37中，以及将手柄、拧紧手柄的螺母安装到阀杆伸出阀杆孔的一端处，此外，上料机器人35的夹具部分还含有吸盘，可根据客户需求，将吸附相应的标签装配到球阀上。

手柄上料部分32设置有长条型凹槽321，用来使手柄322统一按照正面朝上的方式放置。

标签上料部分33包括底板331、支柱332和凹型卡槽333。底板331固定在第三工作台上，支柱332和凹型卡槽333均沿竖直方向固定在底板331上；凹型卡槽333的开口处正对支柱332。

一侧含有通孔的标签334多个叠放成一垒，通过支柱332和凹型卡槽333水平放置在底板332上。

震动缸上料部分34用来对拧紧手柄的螺母进行上料。

第三拧紧机36水平设置在框架部分31的第三工作台上，其旋紧头正对夹具三37上装夹的阀体的阀杆孔，用来拧紧阀杆上的螺母，从而固定手柄。第三拧紧机具体的工作原理可参考现有技术。

本发明实施例全自动球阀装配设备的装配方法包括如下步骤：

（1）球阀组装设备1对阀体、阀帽、阀杆、阀球、侧螺盖、侧密封圈和球阀密封圈进行组装成球阀，具体过程为：

1）侧密封圈上料震动缸113将侧密封圈上料到侧密封圈装填料机构11的推头上，推头在气缸一112的作用下将侧密封圈装进阀体夹具101装夹的阀体的侧阀杆孔内，第一工作台10转动一个工位；

2）侧螺盖和阀杆上料机器人12从阀杆上料震动缸122的出料口处取出阀杆，将阀杆从阀体上部端口装入到阀杆孔内，第一工作台10转动一个工位；

3）侧螺盖拧紧装置13中的气缸二132的气缸杆端部的顶出头向下深入阀体，将阀杆安装到位，然后侧螺盖和阀杆上料机器人12从侧螺盖上料震动缸121的出料口处取出侧螺盖，将侧螺盖放置到阀杆上，此时第一拧紧机131对侧螺盖进行拧紧，第一工作台10转动一个工位；

4）阀球上料机器人14将阀球放置到阀体内，阀球安装机构15中气缸三151的气缸杆端部的压紧头伸入阀体，压紧阀球，使阀球的缺口和阀杆配合，第一工作台10转动一个工位；

5）阀帽安装机构16的夹持部件163在气缸四162和驱动模块161的作用下，夹住阀帽，将阀帽放置到阀体上，第一工作台10转动一个工位；

6）预拧紧和加胶机构17对阀帽和阀体进行预拧紧，以及在预拧紧的同时，向阀帽和阀体的螺纹连接处加注入胶水，第一工作台10转动一个工位；

7）锁紧机构18对阀帽和阀体进行拧紧，第一工作台10转动一个工位；

8）阀体阀帽上料机器人19将组装完成的球阀从阀体夹具101上取出，随后将阀体和阀帽分别放到阀体夹具101和阀帽夹具102中；

9）将球阀输送到球阀气测设备2处；

（2）球阀气测设备2对球阀进行气密性检测，具体过程为：

1）球阀上料机器人23将球阀放置到夹具二26中，第二工作台22转动一个工位；

2）压紧充气机构25中气缸六28的气缸杆端部的密封头向下运动将球阀上部端口密封，旋转阀杆机构24旋转阀杆，夹具二26底部的气孔接口262连接的气测设备对球阀进行气测；

3）球阀上料机器人23将经过气测的球阀取出，然后将待测球阀装夹到夹具二26中；

4）将气测合格的球阀输送到球阀装手柄和标签设备3处；

（3）球阀装手柄和标签设备3对球阀进行装配标签和手柄，具体过程为：

1）上料机器人35将气测合格的球阀装夹到第三工作台的夹具三37中；

2）上料机器人35将手柄、标签、用于拧紧手柄的螺母依次装配到阀杆上；

3）第三拧紧机36旋紧螺母；

4）上料机器人35将装配完成的球阀取出。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。