采用装配流水线生产,可以提高产品的专业化水平和产品质量,还能提高劳动生产率和改善工人的劳动条件^[1]。在劳动密集型企业中已相当普遍。倍速链输送机因其具有积放功能、运行平稳、输送效率高^[2],而且还可以承载较大的载荷^[3],广泛地应用于各种电子电器、机电等行业的装配流水线之中。

传统的工作台有固定式和活动式。固定式需要在装配流水线旁设置固定的工作台,这种工作台不受装配流水线的影响,但要占用较大的场地,它需要将工件从流水线上转移到工作台上进行操作。转移的过程可用手动取放,该方式成本较低,仅适合于较轻的产品装配;也可通过专用的移送设备进行传送,该方式可减轻操作工人的搬运劳动量,但设备复杂、成本高。活动式的则是直接利用装配流水线上的工件板作为工作台,在装配流水线上进行装配操作。这种工作台的承载能力受输送设备的制约,抗装配冲击能力较差。

为解决倍速链输送机装配流水线抗装配冲击的问题,我们设计了一种桥式工作台机构^[4],用低廉的成本达到了较好的效果。

倍速链输送机主要组成如图1所示。倍速链链条是成对布置的,支撑着工件板,在同一电机的驱动下,通过倍速链链条输送,带动工件板在轨道上平稳移动。因倍速链的大轮允许与轮轴之间形成滑动,工件板受到阻挡器的挡轮阻挡时即停止,当阻挡器的挡轮收起时,工件板继续向后序工位移送。因倍速链输送机在两条倍速链支承导轨之间有较大的空间,可根据需要布置其它设备。桥式工作台便是利用该空间进行布置安装的。

桥式工作台并不是一种传统的固定平台概念,它是一套安装在倍速链输送机上的机构。它将到达工位的工件板通过顶升、旋转和放置等动作搭建临时的稳定工作台面,一次装配完成后立即恢复原样。它需要控制系统保证各动作之间的配合关系。

如图2所示,桥式工作台的结构主要由顶升缸、安装支架、旋转台、支承架、挡架和工件板等部件组成。

1)顶升缸。在倍速链输送机的输送中心线上对中垂直布置顶升缸,顶升缸采用法兰面安装的四导杆气缸,在托举重物时具有较好的平稳性。由安装支架采用下挂方式固定在倍速链输送机的链条轨道上。顶升缸用于将工件板从轨道上顶升到支承架之上。

2)旋转台。旋转台由底座、转盘及旋转机构组成。底座安装在顶升缸的杆端。转盘是一圆板,圆板中心与顶升缸轴中心在同一直线上,在旋转机构的控制下可绕圆心相对于底座任意角度转动,并可带动工件板旋转。

3)支承架。支承架为设在倍速链导轨外侧的加强支撑梁,两侧支撑梁的上表面需在同一水平面上,用于支承旋转后架于其上的工件板。

4)工件板。工件板即是活动的工作台。之所以取名为桥式工作台,是因为需要将工件板旋转90°后像桥一样架在支承架上,形成稳定的工作台面。正是这种结构原因,工件板的尺寸有特定要求:总体呈矩形板状,宽度受倍速链轨道安装宽度限制,比两侧挡边间的距离略小;长度必须满足要能够保证可靠地架在支承架上;厚度满足承载强度要求。

5)挡架。挡架用于限制工件板的旋转定位。工件板在顶升起来后是可以绕顶升缸轴心任意角度旋转的,而我们要求其必须在旋转90°位置停止,并降下落到工作台支撑架上,因此,需要在合适的位置设置挡架。挡架要在两个位置上起定位阻挡作用:(1)工件板在形成桥状时,要先旋转到位,才可允许降下;(2)在工件板转回到倍速链上时,也需先保证旋转位置准确,才能允许降下。挡架安装在操作侧的对侧支承架上,不影响工人的装配操作。挡架上的两处碰撞面要有缓冲装置和定位装置,另外,还要有工件板位置检测装置,保证工件板必须在准确到位时才能进行升降动作。我们使用了漫反射式的光电传感器作为检测器件,实际使用效果比较理想。

每套桥式工作台含一台顶升缸,利用工厂集中供气,通过电磁阀控制气缸的顶升与降下动作。工件板的旋转是在气缸顶升到位后,由人力手动转动工件板实现。因为有旋转台机构,旋转操作非常轻松。

图3为桥式工作台的顶升缸气动系统原理图,三位五通的电磁阀由两组线圈控制,分别控制顶升缸的顶升和降下动作,而且两组线圈得电通过电气控制互锁,即让一组线圈得电的同时会自动让另一组线圈断电;当两组线圈都不得电时,阀芯自动回到中间位,五口都封闭,顶升缸保持原状态,可防止工件板在顶升状态而又未旋转到正确位置时因意外失电而倾斜。

阻挡架上设置了两个接近开关,用于识别工件板的位置,一个用于工件板逆时针旋转90°检测,一个用于工件板顺时针旋转90°检测,只有在这两个位置传感器检测到有工件板时,才能控制顶升缸降下,其它任何位置都不被允许,安全性得到提高。

如图4所示,桥式工作台的每次使用都包括阻挡、搭桥、装配、拆桥和输送等流程阶段。其中,搭桥阶段包括顶升、旋转(逆时针)和降下三个环节,拆桥阶段包括顶升、旋转(顺时针)和降下三个环节。具体操作步骤如下:

1)当有工件板到达工位时,被阻挡器阻止其通行。此时,如果该工位需要使用桥式工作台进行装配操作,则将顶升缸控制旋钮旋到“顶升”位置,工件板被顶起。

2)手动逆时针旋转工件板90°到阻挡架位置。

3)将顶升缸控制旋钮旋到“降下”位置,工件板落到支承梁上,旋转台与工件板分离。

4)进行装配操作。

5)装配完成后,将顶升缸控制旋钮旋到“顶升”位置,工件板被顶起。

6)手动顺时针选转工件板90°到阻挡架位置。

7)将顶升缸控制旋钮旋到“降下”位置,工件板落到倍速链上,旋转台与工件板分离。

8)工序完成,按“完成”按钮,工件板向后续工位输送,等待下一次操作。

本桥式工作台机构是为某企业定制流水线而设计的,具有稳定和抗装配冲击能力强的性能,还具有不额外占用场地空间和成本低廉等优点。经企业使用后,评价效果良好。该机构具有结构简单,独立性强,可以根据实际需求,有选择地布置在需要承受较大冲击的装配工位上。可以用于倍速链输送机装配流水线的升级改造,加装桥式工作台机构,提高装配流水线性能,扩大其使用范围。