CN110185711A - 一种轴承装配一体机及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴承装配一体机及其装配方法。轴承合套装球和轴承保持架压装都是滚动轴承装配的重要工艺环节。本发明包括操作台板、装球模块、保持架压入模块、工位切换机构和机座。装球模块包括内圈三轴机械臂、滚珠三轴机械臂、内圈安装卡盘和滚珠吹装机构。保持架压入模块包括下压机构和保持架推送机构。滚珠吹装机构包括气压滚珠仓、通断阀、喷嘴和滚珠输送管。保持架推送机构包括上料装置座、上料气缸、回抽弹簧、T型锁定销、上料底板、上料器、上料斜轨和保持架料仓。本发明通过工位切换机构、装球模块、保持架压入模块相配合，能够全自动完成轴承内圈、外圈、滚珠、保持架的装配，有效保证轴承装配的精度和统一性。

Description

一种轴承装配一体机及其装配方法

技术领域

本发明属于智能制造技术领域，具体涉及一种轴承装配一体机及其装配方法。

背景技术

轴承是重要的机械基础部件，其性能和质量在一定程度上决定了机器设备的性能和质量。我国是各类轴承的最大制造国和消费国，但与国外技术和质量水平相比存在较大的差距。目前，在轴承制造过程中，车、磨自动线已比较普遍使用。而装配自动线由于工序多、动作复杂，大多由人工完成。由于轴承装配质量对其整体质量影响很大，故目前轴承的装配一方面效率低，另一方面装配质量不一致，因此轴承自动装配生产线中的单元加工方法和设备一直是亟待解决的技术难题。

轴承合套装球是滚动轴承装配的重要工艺环节，将滚动轴承内外圈套合、并将滚珠装入内外圈间隔内。目前有许多类型的设备用于完成合套和装球作业，但往往存在在线柔性调节、装配效率和自动化程度等要求难于同时满足的问题。

轴承保持架压装机是一种滚动轴承保持架的压装自动化设备，在滚动轴承内外圈和滚珠安装后，将滚动轴承内外圈间隔内的滚珠沿圆周均匀布置，然后压入保持架，使滚珠在轴承沟道内均匀隔开。但现有轴承保持架压装机的自动化程度低，以及滚动轴承的装配效率、装配精度和一致性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轴承装配一体机及其装配方法。

本发明一种轴承装配一体机，包括操作台板、装球模块、保持架压入模块、工位切换机构和机座。所述的操作台板设置在机座上。所述的装球模块包括内圈三轴机械臂、滚珠三轴机械臂、内圈安装卡盘和滚珠吹装机构。内圈三轴机械臂、滚珠三轴机械臂分别位于操作台板的两侧。所述的保持架压入模块包括下压机构和保持架推送机构。下压机构位于操作台板的上方。所述的工位切换机构包括导轨、工作台、滑移驱动组件和装夹组件。导轨固定在机座上。工作台与导轨构成滑动副，并由滑移驱动组件驱动。所述的装夹组件安装在工作台上。

所述的内圈三轴机械臂及滚珠三轴机械臂均包括机械臂底座、升降台、升降驱动组件、回转支柱、回转梁、回转驱动组件、伸缩臂和伸缩驱动组件。机械臂底座与机座固定。升降台与机械臂底座构成滑动副，并由升降驱动组件驱动。回转支柱的底端与升降台构成转动副，并由回转驱动组件驱动。回转梁的内端与回转支柱的顶端固定。伸缩臂与回转梁的外端构成沿水平方向滑动的滑动副，并由伸缩驱动组件驱动。

所述的内圈安装卡盘安装在内圈三轴机械臂的伸缩臂的外端。所述的滚珠吹装机构包括气压滚珠仓、通断阀、喷嘴和滚珠输送管。气压滚珠仓固定在滚珠三轴机械臂的回转梁上。滚珠输送管的一端与气压滚珠仓的滚珠出口连接。滚珠输送管的另一端与通断阀的输入口连接。所述喷嘴的输入口与通断阀的输出口通过滚珠计数装置连接。

所述的下压机构包括定位插针、压头、压力传感器、下压气缸和插针弹簧。所述下压气缸的缸体与机座固定。下压气缸的活塞杆朝向正下方。压头的顶部与下压气缸的活塞杆固定。压头的底部呈圆环形。所述压头的底部开设有沿压头中心轴线的周向均布的n个插针容纳通道。n个插针容纳通道的内端端面上均安装有压力传感器。n根定位插针的顶端与n个插针容纳通道分别构成滑动副。n个容纳通道内均设置有插针弹簧。插针弹簧的两端与对应的压力传感器、定位插针分别固定。

所述的保持架推送机构包括上料装置座、上料气缸、回抽弹簧、T型锁定销、上料底板、上料器、上料斜轨和保持架料仓。所述的上料装置座与机座固定。上料气缸的缸体与上料装置座固定。上料气缸的活塞杆朝向下压机构的下方。回抽弹簧的两端与上料气缸的缸体、上料底板的内端分别固定。上料底板上开设有定位孔。上料器的内端与上料气缸的活塞杆固定。上料器上开设有销钉容纳孔。上料器上的销钉容纳孔与上料底板上的定位孔位置对应。T型锁定销由一体成型的限位横杆和卡合销体。限位横杆的中部与卡合销体的顶端连接。卡合销体位于上料器内销钉容纳孔。所述的上料斜轨固定在上料装置座上。上料斜轨的顶面倾斜设置，且靠近下压机构的那端高于远离下压机构的那端。T型锁定销上的限位横杆与上料斜轨的顶面接触。上料斜轨的顶面内端到上料底板顶面的距离小于T型锁定销上卡合销体的长度。上料斜轨顶面外端到上料底板顶面的距离大于T型锁定销上卡合销体的长度。

所述的上料器上开设有保持架容纳孔。竖直设置的保持架料仓与机座固定。保持架料仓呈上下贯通的圆管状。保持架料仓位于上料器的上方。保持架料仓内装有沿竖直方向依次叠置的被装配保持架。

进一步地，所述的滚珠计数装置包括透明管和光电计数器。光电计数器采用红外漫反射传感器。光电计数器与透明管固定；光电计数器的检测头中心轴线与透明管的中心轴线垂直且不相交。光电计数器与通断阀输出口的距离小于滚珠的半径。

进一步地，所述的装夹组件包括定位夹紧块和夹紧气缸。两个夹紧气缸均固定在工作台上，且活塞杆相对设置。两个定位夹紧块与两个夹紧气缸的活塞杆分别固定。两个定位夹紧块的相对侧面均开设有V形定位槽。操作台板位于两个夹紧气缸之间。操作台板的顶面与定位夹紧块底面平齐。

进一步地，所述的滑移驱动组件为工位切换气缸。工位切换气缸采用双出杆气缸。工位切换气缸的缸体与工作台的底部固定。工位切换气缸的活塞杆两端均与机座固定。

所述的升降驱动组件包括升降螺母、升降丝杠和升降电机。竖直设置的升降丝杠底端支承在机械臂底座上。升降螺母与升降台固定，且于升降丝杠构成螺旋副。升降电机固定在升降底板上，且输出轴与升降丝杠的底端固定。

所述的回转驱动组件包括蜗轮、蜗杆和回转电机。蜗轮与回转支柱同轴固定。蜗杆支承在升降台上。蜗轮与蜗杆啮合。回转电机固定在升降台上，且输出轴与蜗杆的一端固定。

所述的伸缩驱动组件包括齿条、齿轮和伸缩电机。齿条与伸缩臂的内端固定。齿轮支承在回转梁上。齿轮与齿条啮合。伸缩电机固定在回转梁上，且输出轴与齿轮固定。

进一步地，所述的内圈三轴机械臂及滚珠三轴机械臂均还包括配重。所述的配重设置有对应回转梁的内端端部。

进一步地，所述的内圈安装卡盘分为两种，具体如下：

(1)第一种内圈安装卡盘包括第一缸体、第一活塞板、翻转卡爪和第一复位弹簧。第一活塞设置在第一缸体内，且与第一缸体构成滑动副。第一缸体的顶部设置有进气口。三根翻转卡爪沿第一缸体轴线的周向均布，且中部均与第一缸体的夹持端边缘构成转动副。三根翻转卡爪的内端均位于缸体内，且与第一活塞板的外侧面接触。三根翻转卡爪的外端两两之间通过第一复位弹簧连接。

(2)第二种内圈安装卡盘包括第二缸体、子缸管、横向活塞杆和第二复位弹簧。第二缸体的顶部设置有进气口。三个子缸管均设置在第二缸体内腔的底部，且沿第二缸体中心轴线的周向均布。三个子缸管的中心轴线均与第二缸体的中心轴线垂直相交。子缸管的内腔与第二缸体的内腔连通。三根横向活塞杆与三个子缸体分别构成滑动副。横向活塞杆的外端均伸出第二缸体外。三个第二复位弹簧的一端与三根横向活塞杆连接，另一端均与第二缸体连接。

进一步地，所述的保持架推送机构共有两个，两个保持架推送机构分别位于下压机构的两侧。

进一步地，所述通断阀导通状态下，通断阀内部通道的直径大于滚珠的直径。所述压头底部的外径小于被装配轴承外圈的内径，内径大于被装配轴承内圈的外径。所述保持架容纳孔的直径等于被装配保持架外径的1～1.1倍，高度小于被装配保持架的厚度。保持架料仓底端到上料器顶面的间距小于被装配保持架厚度。

进一步地，初始状态下，上料器上的保持架容纳孔与保持架料仓的底端对齐，T型锁定销的底端伸入上料底板上的定位孔内。上料器上的保持架容纳孔移动至压头正下方的状态下，T型锁定销上限位横杆与上料底板的间距等于T型锁定销上卡合销体的长度。

该轴承装配一体机的装配方法具体如下：

步骤一、将被装配轴承外圈放置在操作台板上，装夹组件定位并夹紧被装配轴承外圈。

步骤二、内圈三轴机械臂与内圈安装卡盘配合，将一个被装配轴承内圈放置到被装配轴承外圈内。

步骤三、内圈三轴机械臂内的伸缩驱动组件运动，使得被装配轴承内圈向内圈三轴机械臂移动至与被装配轴承外圈接触。

步骤四、滚珠三轴机械臂驱动喷嘴到达被装配轴承内圈与外圈间隙的正上方。

步骤五、通断阀开启，气压滚珠仓内的滚珠经滚珠输送管进入被装配轴承内圈与被装配轴承外圈之间。直到滚珠计数装置检测到通过自身的滚珠数量达到n个时，通断阀关闭。

步骤六、内圈三轴机械臂内的伸缩驱动组件运动，使得被装配轴承内圈与被装配轴承外圈的中心轴线重合。

步骤七、滑移驱动组件驱动装配轴承内圈、外圈、滚珠移动至压头的正下方。

步骤八、下压气缸推出，使得压头向下移动，使得压头上均布的n根定位插针插入被装配轴承内圈与外圈的间隔中，将原随机分布的n颗滚珠均匀隔开。

步骤九、下压气缸缩回，压头向上移动，使得定位插针高于上料器的顶面。

步骤十、保持架推送机构内的上料气缸推出，使得上料器、上料底板向被装配轴承移动，T型锁定销在上料斜轨的引导下，倾斜向上移动，当上料器上的保持架到达被装配轴承的正上方时，T型锁定销与上料底板上的定位孔分离，上料底板在回抽弹簧的拉力作用下复位。上料器上的保持架向下掉落到被装配轴承内圈、外圈的间隙上。

步骤十一、上料气缸缩回复位，T型锁定销重新伸入上料底板上的定位孔，位于保持架料仓最底部的保持架进入上料器的保持架容纳孔。

步骤十二、下压气缸推出，使得压头向下移动，将保持架完全压入被装配轴承。

步骤十三、下压气缸复位，装夹组件松开被装配轴承。工作人员取下完成内圈、外圈、滚珠、保持架组装的被装配轴承。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明通过工位切换机构、装球模块、保持架压入模块相配合，能够全自动完成轴承内圈、外圈、滚珠、保持架的装配，有效保证轴承装配的精度和一致性。

2、本发明中的滚珠吹装机构通过气压作为动力，能够持续输出滚珠，配合滚珠计数装置，能够实现滚珠的持续稳定输送。

3、本发明设计了两种内圈安装卡盘，以分别对应不同直径的轴承内圈，使得本发明能够实现多种尺寸轴承的装配。因此，本发明中，不同尺寸的被装配轴承只需更换内圈安装卡盘以及不同尺寸的压头、上料器及保持架料仓即可实现。

4、本发明中的下压机构通过一个动力源实现两个功能。一是压头上的定位插针用于均布轴承沟道内的滚珠；二是压头用于保持架的压入。两个功能的位移行程通过压力传感器进行判定，大大简化了保持架压装的机械结构。

5、本发明中的保持架推送机构为本发明提供了自动上料功能，通过T型锁定销、上料器、上料底板和上料斜轨的有机结合；以一个动力源依次实现了上料器及上料底板同步推出、上料底板回抽及上料器复位三个动作，达到了持续输送保持架的技术效果。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中装球模块与工位切换机构的组合示意图；

图3为本发明中第一种内圈安装卡盘的结构示意图；

图4为本发明中第二种内圈安装卡盘的结构示意图；

图5为本发明中保持架压入模块与工位切换机构的组合示意图；

图6为本发明中T型锁定销、上料底板、上料器和上料斜轨的第一张组合示意图；

图7为本发明中T型锁定销、上料底板、上料器和上料斜轨的第二张组合示意图(图5中的B-B截面)。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种轴承装配一体机，包括操作台板1、装球模块、保持架压入模块、工位切换机构8、机座和控制器。操作台板1固定在机座上。装球模块与保持架压入模块沿操作台板1的长度方向排列设置。装球模块包括内圈三轴机械臂2、滚珠三轴机械臂3、内圈安装卡盘4和滚珠吹装机构5。内圈三轴机械臂2、滚珠三轴机械臂3分别位于操作台板1的两侧。保持架压入模块包括下压机构6和两个保持架推送机构7。下压机构6位于操作台板1的正上方。两个保持架推送机构7分别位于下压机构6的两侧。

如图1、2和5所示，工位切换机构8包括导轨8-1、工作台8-6、滑移驱动组件和装夹组件。水平设置的两根导轨8-1固定在机座9上。导轨8-1的长度方向与装球模块、保持架压入模块的排列方向平行。工作台8-6底面的两端均固定有导轨座8-2。两个导轨座8-2与两根导轨8-1分别构成滑动副。滑移驱动组件为工位切换气缸8-3。工位切换气缸8-3采用双出杆气缸。工位切换气缸的缸体与工作台8-6的底部固定。工位切换气缸的活塞杆两端均与机座9固定，从而实现对工作的水平横移驱动。工作台8-6的两个工位分别对应装球模块、保持架压入模块，具体定位通过限位开关实现。

装夹组件包括定位夹紧块8-4和夹紧气缸8-5。两个夹紧气缸8-5分别固定在工作台8-6顶面的两端，且活塞杆相对设置。两个定位夹紧块8-4与两个夹紧气缸8-5的活塞杆分别固定。两个定位夹紧块8-4的相对侧面均开设有V形定位槽。操作台板1位于两个夹紧气缸8-5之间。操作台板1的顶面与定位夹紧块8-4底面平齐。当轴承外圈放置在操作台板1上且位于两个定位夹紧块8-4之间时，两个夹紧气缸8-5同步推出，即可完成对轴承外圈的装夹和定位。

如图1和2所示，内圈三轴机械臂2及滚珠三轴机械臂3均包括机械臂底座2-1、升降台2-2、导柱2-3、升降驱动组件、回转支柱2-6、配重2-7、回转梁2-8、回转驱动组件、伸缩臂2-10和伸缩驱动组件。机械臂底座2-1与机座9固定。四根导柱2-3的底端均与机械臂底座2-1固定。升降台2-2上的四个导套与四根导柱2-3分别构成滑动副。升降驱动组件包括升降螺母、升降丝杠2-4和升降电机2-5。竖直设置的升降丝杠2-4底端支承在机械臂底座2-1上。升降螺母与升降台2-2固定，且于升降丝杠2-4构成螺旋副。升降电机2-5固定在升降底板上，且输出轴与升降丝杠2-4的底端固定。竖直设置的回转支柱2-6的底端与升降台2-2构成转动副。回转驱动组件包括蜗轮2-9、蜗杆和回转电机。蜗轮2-9与回转支柱2-6同轴固定。蜗杆支承在升降台2-2上。蜗轮2-9与蜗杆啮合。回转电机固定在升降台2-2上，且输出轴与蜗杆的一端固定。

回转梁2-8的内端与回转支柱2-6的顶端固定。回转梁2-8的内端端部设置有配重2-7，以将回转支柱2-6的重心平衡到回转支柱2-6处。回转梁2-8的外端开设有伸缩滑道。伸缩臂2-10与回转梁2-8上的伸缩滑道构成沿水平方向滑动的滑动副。伸缩驱动组件包括齿条2-11、齿轮2-12和伸缩电机2-13。齿条2-11与伸缩臂2-10的内端固定。齿轮2-12支承在回转梁2-8上。齿轮2-12与齿条2-11啮合。伸缩电机2-13固定在回转梁2-8上，且输出轴与齿轮2-12固定。

内圈安装卡盘4安装在内圈三轴机械臂2的伸缩臂2-10的外端，其分为两种，具体如下：

(1)如图3所示，第一种内圈安装卡盘4用于抓取内径较大的轴承内圈，包括第一缸体4-1、第一活塞板4-2、翻转卡爪4-3和第一复位弹簧4-4。第一活塞设置在第一缸体4-1内，且与第一缸体4-1构成滑动副。第一缸体4-1的顶部设置有进气口。三根翻转卡爪4-3沿第一缸体4-1轴线的周向均布，且中部均与第一缸体4-1的夹持端边缘构成转动副。三根翻转卡爪4-3的内端均位于缸体内，且与第一活塞板4-2的外侧面接触。三根翻转卡爪4-3的外端两两之间通过第一复位弹簧4-4连接。当第一缸体4-1充入气体时，将推动第一活塞板4-2向外滑动，第一活塞板4-2推动三根翻转卡爪4-3的外端向外翻转，实现对轴承内圈内孔的夹持。当第一缸体4-1的进气口与外界环境(对应电磁换向阀的回气口)连通时，三根翻转卡爪4-3在第一复位弹簧4-4的弹力作用下复位。

(2)如图4所示，第二种内圈安装卡盘4用于抓取内径较小的轴承内圈，包括第二缸体4-5、子缸管4-6、横向活塞杆4-7和第二复位弹簧4-8。第二缸体4-5的顶部设置有进气口。三个子缸管4-6均设置在第二缸体4-5内腔的底部，且沿第二缸体4-5中心轴线的周向均布。三个子缸管4-6的中心轴线均与第二缸体4-5的中心轴线垂直相交。子缸管4-6的两端均开放设置，且内腔与第二缸体4-5的内腔连通。三根横向活塞杆4-7与三个子缸体分别构成滑动副。横向活塞杆4-7的外端均伸出第二缸体4-5外。三个第二复位弹簧4-8的一端与三根横向活塞杆4-7连接，另一端均与第二缸体4-5连接。当第二缸体4-5充入气体时，将同步推动三根横向活塞杆4-7向外滑动，实现对轴承内圈内孔的夹持。当第二缸体4-5的进气口与外界环境(对应电磁换向阀的回气口)连通时，三根横向活塞杆4-7在第二复位弹簧4-8的弹力作用下复位。

如图1和2所示，滚珠吹装机构5包括气压滚珠仓5-1、通断阀、喷嘴5-2和滚珠输送管5-3。气压滚珠仓5-1固定在滚珠三轴机械臂3的回转梁2-8内端。滚珠输送管5-3的一端与气压滚珠仓5-1底部的滚珠出口连接。滚珠输送管5-3的另一端与通断阀的输入口连接。通断阀导通状态下，内部通道直径大于滚珠的直径，使得滚珠能够通过通断阀；喷嘴5-2的输入口与通断阀的输出口通过滚珠计数装置连接。

滚珠计数装置包括透明管和光电计数器。透明管的内径比滚珠的直径大0.5mm。光电计数器采用红外漫反射传感器。光电计数器与透明管固定；光电计数器的检测头中心轴线(红外光发射方向)与透明管的中心轴线垂直且不相交，透明管的中心轴线与光电计数器的检测头中心轴线的间距大于0.5mm，且小于滚珠的直径减去0.5mm。光电计数器与通断阀输出口的距离小于滚珠的半径。由于透明管的中心轴线与光电计数器的检测头中心轴线错开，且滚珠呈球形，故即使两个滚珠紧挨着通过透明管，对于光电传感器而言依然能够检测到两个滚珠的间隙，从而判断出经过了两个滚珠。

如图1和5所示，下压机构6包括定位插针6-1、压头6-2、压力传感器6-3、下压气缸6-4和插针弹簧6-5。机座9上固定有顶板12。顶板12位于操作台板1的正上方。下压气缸6-4的缸体与顶板12的底面固定。下压气缸6-4的活塞杆朝向正下方的操作台板1。压头6-2的顶部与下压气缸6-4的活塞杆固定。压头6-2的中心轴线位于两个定位夹紧块8-4的对称面上。压头6-2的底部呈圆环形。压头6-2底部的外径小于被装配轴承10外圈的内径，内径大于被装配轴承10内圈的外径，这使得压头6-2的底部能够进入被装配轴承10的外圈与内圈之间，实现保持架的压入。

压头6-2的底部开设有竖直设置，且沿压头6-2中心轴线的周向均布的n个插针容纳通道。n为被装配轴承内滚珠的个数。n个插针容纳通道的内端端面上均安装有压力传感器6-3。n根定位插针6-1的顶端与n个插针容纳通道分别构成滑动副。n个容纳通道内均设置有插针弹簧6-5。插针弹簧6-5的两端与对应的压力传感器6-3、定位插针6-1分别固定。压力传感器6-3能够检测插针弹簧6-5对自身的压力，从而判断插针弹簧6-5的压缩量和压头6-2的位置。

保持架推送机构7包括上料装置座7-1、上料气缸7-2、回抽弹簧7-3、T型锁定销7-4、上料底板7-5、上料器7-6、上料斜轨7-7和保持架料仓7-8。上料装置座7-1与机座9固定。上料气缸7-2的缸体与上料装置座7-1固定。上料气缸7-2的活塞杆朝向下压机构6。上料底板7-5与上料装置座7-1构成沿水平方向滑动的滑动副。回抽弹簧7-3的两端与上料气缸7-2的缸体、上料底板7-5的内端分别固定。上料底板7-5上开设有定位孔。上料器7-6的内端与上料气缸7-2的活塞杆固定。上料器7-6的底面与上料底板7-5的顶面接触。上料器7-6上开设有销钉容纳孔。上料器7-6上的销钉容纳孔与上料底板7-5上的定位孔沿上料气缸7-2的推出方向对齐。T型锁定销7-4由一体成型的限位横杆和卡合销体。限位横杆的中部与卡合销体的顶端连接。卡合销体位于上料器7-6内销钉容纳孔。上料器7-6上的销钉容纳孔、上料底板7-5上的定位孔及卡合销体的横截面均呈矩形，且形状相互对应。

如图1、5、6和7所示，两块上料侧板7-9均与上料装置座7-1固定，且分别位于上料器7-6的两侧。两根上料斜轨7-7与两块上料侧板7-9的相对侧面分别固定。两根上料斜轨7-7的顶面倾斜设置，且靠近下压机构6的那端高于远离下压机构6的那端。T型锁定销7-4上限位横杆的两端与两根上料斜轨7-7的顶面分别接触。上料斜轨7-7的顶面内端到上料底板7-5顶面的距离小于T型锁定销7-4上卡合销体的长度。上料斜轨7-7顶面外端到上料底板7-5顶面的距离大于T型锁定销7-4上卡合销体的长度。因此，当T型锁定销7-4位于上料斜轨7-7的内端时，T型锁定销7-4的底端能够伸入上料底板7-5的定位孔内使得上料底板7-5与上料器7-6被固连在一起，同步移动。当T型锁定销7-4位于上料斜轨7-7的外端时，T型锁定销7-4的底端与上料底板7-5的定位孔分离，使得上料底板7-5与上料器7-6分离，上料底板7-5在回抽弹簧7-3的作用下复位。

上料器7-6上开设有贯通自身的保持架容纳孔。保持架容纳孔的直径等于被装配保持架外径的1～1.1倍，高度小于被装配保持架的厚度。竖直设置的保持架料仓7-8与机座9上的顶板固定。保持架料仓7-8呈上下贯通的圆管状。保持架料仓7-8位于上料器7-6的上方。保持架料仓7-8内装有沿竖直方向依次叠置的被装配保持架。保持架料仓7-8底端到上料器7-6顶面的间距小于被装配保持架厚度。

初始状态下，上料器7-6上的保持架容纳孔与保持架料仓7-8的底端对齐，T型锁定销7-4的底端伸入上料底板7-5上的定位孔内。

上料器7-6上的保持架容纳孔移动至压头6-2正下方的状态下，T型锁定销7-4上限位横杆与上料底板7-5的间距等于T型锁定销7-4上卡合销体的长度，使得上料底板7-5与上料器7-6分离。

控制器采用PLC。气压滚珠仓5-1上的进气口、第一缸体4-1的进气口、第二缸体4-5的进气口、下压气缸6-4、上料气缸7-2、工位切换气缸8-3、夹紧气缸8-5均通过电磁换向阀与气泵连接。两个上料气缸7-2与两个不同的电磁换向阀连接。两个夹紧气缸8-5与同一个电磁换向阀连接，以实现同步运动。各电磁换向阀的控制接口均有控制器连接。通断阀采用电磁式通断阀，控制接口均与单片机连接。各压力传感器的压力信号输出接口均与控制器的压力信号输入接口连接。各升降电机2-5、回转电机、伸缩电机均与控制器通过电机驱动器连接。各限位开关的信号输出接口均与控制器连接。

该轴承装配一体机的装配方法具体如下：

步骤一、将被装配轴承外圈放置在操作台板1上，两个夹紧气缸8-5同步推出，使得两个定位夹紧块8-4定位并夹紧被装配轴承外圈。

步骤二、内圈三轴机械臂2与内圈安装卡盘4配合抓取一个被装配轴承内圈；内圈三轴机械臂2内的升降电机2-5、回转电机和伸缩电机2-13转动，使得被装配轴承10内圈移动至被装配轴承10外圈的正上方。之后，内圈三轴机械臂2内的升降电机2-5转动，使得被装配轴承10内圈被放置到被装配轴承10外圈内。

步骤三、内圈三轴机械臂2内的伸缩电机2-13正转，使得被装配轴承10内圈向内圈三轴机械臂2移动至与被装配轴承10外圈接触(如图2中所示，让出右侧空间便于装入滚珠)。

步骤四、滚珠三轴机械臂3内的升降电机2-5、回转电机和伸缩电机2-13转动，使得喷嘴5-2到达被装配轴承内圈与外圈间隙的正上方。

步骤五、通断阀开启，气压滚珠仓5-1内的滚珠经滚珠输送管5-3进入被装配轴承10内圈与被装配轴承10外圈之间。直到滚珠计数装置检测到通过自身的滚珠数量达到n个时，通断阀关闭，此时被装配轴承10内圈与被装配轴承10外圈之间注入了n个滚珠。

步骤六、内圈三轴机械臂2内的伸缩电机2-13反转，使得被装配轴承10内圈与被装配轴承10外圈的中心轴线重合。

步骤七、工位切换气缸8-3移动，使得被装配轴承10内圈、外圈、滚珠移动至压头6-2的正下方。

步骤八、下压气缸6-4推出，使得压头6-2向下移动，直到n个压力传感器6-3检测到的压力均达到第一阈值(第一阈值反应出插针弹簧6-5发生压缩，说明定位插针6-1与操作台板1接触)，使得压头6-2上均布的n根定位插针6-1插入被装配轴承10内圈与外圈的间隔中，将原随机分布的n颗滚珠均匀隔开(即相邻两个滚珠之间均有一根定位插针6-1)。

步骤九、下压气缸6-4缩回，压头6-2向上移动，使得定位插针6-1高于上料器7-6的顶面。

步骤十、其中一个保持架推送机构7内的上料气缸7-2推出，使得上料器7-6、上料底板7-5向被装配轴承10移动，T型锁定销7-4在上料斜轨7-7的引导下，倾斜向上移动，当上料器7-6上的保持架到达被装配轴承10的正上方时，T型锁定销7-4与上料底板7-5上的定位孔分离，上料底板7-5在回抽弹簧7-3的拉力作用下复位。上料器7-6上的保持架向下掉落到被装配轴承内圈、外圈的间隙上。

步骤十一、步骤十中推出的上料气缸7-2缩回复位，T型锁定销7-4重新伸入上料底板7-5上的定位孔，位于保持架料仓7-8最底部的保持架进入上料器7-6的保持架容纳孔。

步骤十二、下压气缸6-4推出，使得压头6-2向下移动，直到n个压力传感器6-3检测到的压力均达到第二阈值，此时，压头6-2将保持架完全压入被装配轴承10。

步骤十三、下压气缸6-4复位，两个夹紧气缸8-5同步缩回，使得两个定位夹紧块8-4松开被装配轴承10。工作人员取下完成内圈、外圈、滚珠、保持架组装的被装配轴承10。

Claims (10)

1.一种轴承装配一体机，包括操作台板、装球模块、保持架压入模块、工位切换机构和机座；其特征在于：所述的操作台板设置在机座上；所述的装球模块包括内圈三轴机械臂、滚珠三轴机械臂、内圈安装卡盘和滚珠吹装机构；内圈三轴机械臂、滚珠三轴机械臂分别位于操作台板的两侧；所述的保持架压入模块包括下压机构和保持架推送机构；下压机构位于操作台板的上方；所述的工位切换机构包括导轨、工作台、滑移驱动组件和装夹组件；导轨固定在机座上；工作台与导轨构成滑动副，并由滑移驱动组件驱动；所述的装夹组件安装在工作台上；

所述的内圈三轴机械臂及滚珠三轴机械臂均包括机械臂底座、升降台、升降驱动组件、回转支柱、回转梁、回转驱动组件、伸缩臂和伸缩驱动组件；机械臂底座与机座固定；升降台与机械臂底座构成滑动副，并由升降驱动组件驱动；回转支柱的底端与升降台构成转动副，并由回转驱动组件驱动；回转梁的内端与回转支柱的顶端固定；伸缩臂与回转梁的外端构成沿水平方向滑动的滑动副，并由伸缩驱动组件驱动；

所述的内圈安装卡盘安装在内圈三轴机械臂的伸缩臂的外端；所述的滚珠吹装机构包括气压滚珠仓、通断阀、喷嘴和滚珠输送管；气压滚珠仓固定在滚珠三轴机械臂的回转梁上；滚珠输送管的一端与气压滚珠仓的滚珠出口连接；滚珠输送管的另一端与通断阀的输入口连接；所述喷嘴的输入口与通断阀的输出口通过滚珠计数装置连接；

所述的下压机构包括定位插针、压头、压力传感器、下压气缸和插针弹簧；所述下压气缸的缸体与机座固定；下压气缸的活塞杆朝向正下方；压头的顶部与下压气缸的活塞杆固定；压头的底部呈圆环形；所述压头的底部开设有沿压头中心轴线的周向均布的n个插针容纳通道；n个插针容纳通道的内端端面上均安装有压力传感器；n根定位插针的顶端与n个插针容纳通道分别构成滑动副；n个容纳通道内均设置有插针弹簧；插针弹簧的两端与对应的压力传感器、定位插针分别固定；

所述的保持架推送机构包括上料装置座、上料气缸、回抽弹簧、T型锁定销、上料底板、上料器、上料斜轨和保持架料仓；所述的上料装置座与机座固定；上料气缸的缸体与上料装置座固定；上料气缸的活塞杆朝向下压机构的下方；回抽弹簧的两端与上料气缸的缸体、上料底板的内端分别固定；上料底板上开设有定位孔；上料器的内端与上料气缸的活塞杆固定；上料器上开设有销钉容纳孔；上料器上的销钉容纳孔与上料底板上的定位孔位置对应；T型锁定销由一体成型的限位横杆和卡合销体；限位横杆的中部与卡合销体的顶端连接；卡合销体位于上料器内销钉容纳孔；所述的上料斜轨固定在上料装置座上；上料斜轨的顶面倾斜设置，且靠近下压机构的那端高于远离下压机构的那端；T型锁定销上的限位横杆与上料斜轨的顶面接触；上料斜轨的顶面内端到上料底板顶面的距离小于T型锁定销上卡合销体的长度；上料斜轨顶面外端到上料底板顶面的距离大于T型锁定销上卡合销体的长度；

所述的上料器上开设有保持架容纳孔；竖直设置的保持架料仓与机座固定；保持架料仓呈上下贯通的圆管状；保持架料仓位于上料器的上方；保持架料仓内装有沿竖直方向依次叠置的被装配保持架。

2.根据权利要求1所述的一种轴承装配一体机，其特征在于：所述的滚珠计数装置包括透明管和光电计数器；光电计数器采用红外漫反射传感器；光电计数器与透明管固定；光电计数器的检测头中心轴线与透明管的中心轴线垂直且不相交；光电计数器与通断阀输出口的距离小于滚珠的半径。

3.根据权利要求1所述的一种轴承装配一体机，其特征在于：所述的装夹组件包括定位夹紧块和夹紧气缸；两个夹紧气缸均固定在工作台上，且活塞杆相对设置；两个定位夹紧块与两个夹紧气缸的活塞杆分别固定；两个定位夹紧块的相对侧面均开设有V形定位槽；操作台板位于两个夹紧气缸之间；操作台板的顶面与定位夹紧块底面平齐。

4.根据权利要求1所述的一种轴承装配一体机，其特征在于：所述的滑移驱动组件为工位切换气缸；工位切换气缸采用双出杆气缸；工位切换气缸的缸体与工作台的底部固定；工位切换气缸的活塞杆两端均与机座固定；

所述的升降驱动组件包括升降螺母、升降丝杠和升降电机；竖直设置的升降丝杠底端支承在机械臂底座上；升降螺母与升降台固定，且于升降丝杠构成螺旋副；升降电机固定在升降底板上，且输出轴与升降丝杠的底端固定；

所述的回转驱动组件包括蜗轮、蜗杆和回转电机；蜗轮与回转支柱同轴固定；蜗杆支承在升降台上；蜗轮与蜗杆啮合；回转电机固定在升降台上，且输出轴与蜗杆的一端固定；

所述的伸缩驱动组件包括齿条、齿轮和伸缩电机；齿条与伸缩臂的内端固定；齿轮支承在回转梁上；齿轮与齿条啮合；伸缩电机固定在回转梁上，且输出轴与齿轮固定。

5.根据权利要求1所述的一种轴承装配一体机，其特征在于：所述的内圈三轴机械臂及滚珠三轴机械臂均还包括配重；所述的配重设置有对应回转梁的内端端部。

6.根据权利要求1所述的一种轴承装配一体机，其特征在于：所述的内圈安装卡盘分为两种，具体如下：

(1)第一种内圈安装卡盘包括第一缸体、第一活塞板、翻转卡爪和第一复位弹簧；第一活塞设置在第一缸体内，且与第一缸体构成滑动副；第一缸体的顶部设置有进气口；三根翻转卡爪沿第一缸体轴线的周向均布，且中部均与第一缸体的夹持端边缘构成转动副；三根翻转卡爪的内端均位于缸体内，且与第一活塞板的外侧面接触；三根翻转卡爪的外端两两之间通过第一复位弹簧连接；

(2)第二种内圈安装卡盘包括第二缸体、子缸管、横向活塞杆和第二复位弹簧；第二缸体的顶部设置有进气口；三个子缸管均设置在第二缸体内腔的底部，且沿第二缸体中心轴线的周向均布；三个子缸管的中心轴线均与第二缸体的中心轴线垂直相交；子缸管的内腔与第二缸体的内腔连通；三根横向活塞杆与三个子缸体分别构成滑动副；横向活塞杆的外端均伸出第二缸体外；三个第二复位弹簧的一端与三根横向活塞杆连接，另一端均与第二缸体连接。

7.根据权利要求1所述的一种轴承装配一体机，其特征在于：所述的保持架推送机构共有两个，两个保持架推送机构分别位于下压机构的两侧。

8.根据权利要求1所述的一种轴承装配一体机，其特征在于：所述通断阀导通状态下，通断阀内部通道的直径大于滚珠的直径；所述压头底部的外径小于被装配轴承外圈的内径，内径大于被装配轴承内圈的外径；所述保持架容纳孔的直径等于被装配保持架外径的1～1.1倍，高度小于被装配保持架的厚度；保持架料仓底端到上料器顶面的间距小于被装配保持架厚度。

9.根据权利要求1所述的一种轴承装配一体机，其特征在于：初始状态下，上料器上的保持架容纳孔与保持架料仓的底端对齐，T型锁定销的底端伸入上料底板上的定位孔内；上料器上的保持架容纳孔移动至压头正下方的状态下，T型锁定销上限位横杆与上料底板的间距等于T型锁定销上卡合销体的长度。

10.如权利要求1所述的一种轴承装配一体机的装配方法，其特征在于：步骤一、将被装配轴承外圈放置在操作台板上，装夹组件定位并夹紧被装配轴承外圈；

步骤二、内圈三轴机械臂与内圈安装卡盘配合，将一个被装配轴承内圈放置到被装配轴承外圈内；

步骤三、内圈三轴机械臂内的伸缩驱动组件运动，使得被装配轴承内圈向内圈三轴机械臂移动至与被装配轴承外圈接触；

步骤四、滚珠三轴机械臂驱动喷嘴到达被装配轴承内圈与外圈间隙的正上方；

步骤五、通断阀开启，气压滚珠仓内的滚珠经滚珠输送管进入被装配轴承内圈与被装配轴承外圈之间；直到滚珠计数装置检测到通过自身的滚珠数量达到n个时，通断阀关闭；

步骤六、内圈三轴机械臂内的伸缩驱动组件运动，使得被装配轴承内圈与被装配轴承外圈的中心轴线重合；

步骤七、滑移驱动组件驱动装配轴承内圈、外圈、滚珠移动至压头的正下方；

步骤八、下压气缸推出，使得压头向下移动，使得压头上均布的n根定位插针插入被装配轴承内圈与外圈的间隔中，将原随机分布的n颗滚珠均匀隔开；

步骤九、下压气缸缩回，压头向上移动，使得定位插针高于上料器的顶面；

步骤十、保持架推送机构内的上料气缸推出，使得上料器、上料底板向被装配轴承移动，T型锁定销在上料斜轨的引导下，倾斜向上移动，当上料器上的保持架到达被装配轴承的正上方时，T型锁定销与上料底板上的定位孔分离，上料底板在回抽弹簧的拉力作用下复位；上料器上的保持架向下掉落到被装配轴承内圈、外圈的间隙上；

步骤十一、上料气缸缩回复位，T型锁定销重新伸入上料底板上的定位孔，位于保持架料仓最底部的保持架进入上料器的保持架容纳孔；

步骤十二、下压气缸推出，使得压头向下移动，将保持架完全压入被装配轴承；

步骤十三、下压气缸复位，装夹组件松开被装配轴承；工作人员取下完成内圈、外圈、滚珠、保持架组装的被装配轴承。