CN110666485B - 一种全自动微型轴承压装装置及压装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全自动微型轴承压装装置及压装方法，压装装置包括主轴、压头、轴承座、推杆、上料机械手、转轴料筒、下料机械手、轴承料筒、力‑位移传感器。所述主轴与压头密封连接在一起，用于微型轴承的转轴上料；所述上料机械手与转轴料筒固定连接在一起，用于储存转轴及辅助转轴上料；所述轴承座、推杆、轴承料筒装配在一起，用于微型轴承的储存、上料及定位；所述力‑位移传感器用于检测转轴与微型轴承压装过程中的应力与位移。将上述压装装置与压力机、真空泵、气动控制系统连接在一起，可以实现转轴与微型轴承的自动、快速、精确装配。该微型轴承压装装置自动化程度高、装配精度好、适用性广泛，可用于各尺寸系列微型轴承的精确安装。

Description

一种全自动微型轴承压装装置及压装方法

技术领域

本发明涉及一种轴承压装机械装置，尤其涉及一种全自动微型轴承压装装置及压装方法。

背景技术

微型轴承是指公制系列外径小于9mm，或英制系列外径小于9.525mm的各类轴承，主要材质有碳钢、轴承钢、不锈钢、塑料、陶瓷等。目前，世界上最小的商用钢球轴承可以做到外径1.5mm，内径0.5mm，钢球直径0.25mm。微型轴承主要适用于各类工业设备、小型回转电机等高转速低噪音的领域，如：办公器械、微型电机、仪表仪器、小型钟表、齿科牙钻、硬盘马达、玩具模型等相关领域。由于微型轴承的外形尺寸较小、精度较高，因此其安装难度较大。如果微型轴承安装不正确，一方面可能会直接影响轴承传动的精度和稳定性，另一方面也可能也会使轴承内的零部件产生压痕或裂纹，从而导致轴承在工作时迅速失效。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种微型轴承压装装置及压装方法，该微型轴承压装装置自动化程度高、装配精度好、适用性广泛，可用于各尺寸系列微型轴承的精确安装。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种全自动微型轴承压装装置，包括主轴、压头、轴承座、推杆、上料机械手、转轴料筒、下料机械手、轴承料筒和力-位移传感器；所述主轴、压头、轴承座和推杆位于同一轴线上；所述力-位移传感器固定连接在主轴的上方，用于实时测量转轴压入微型轴承过程中的应力与位移，所述主轴的底部向上垂直开设槽孔用于安装压头和用作真空腔，所述压头上部的槽孔形成真空腔，所述真空腔内设置与其相互贯通的气孔，所述气孔穿透主轴；所述压头具有上料孔和轴肩；所述上料孔的外侧与主轴的槽孔形成螺纹连接，所述轴肩压紧在主轴的底部端面上用于辅助主轴和压头的密封；所述轴承座具有中心通孔，所述推杆安装于轴承座的中心通孔内，轴承座固定不动且推杆在轴承座内上下移动，所述推杆的顶部具有平台和凹槽，所述平台上放置微型轴承，凹槽位于微型轴承的下方；所述轴承座顶部设置开口，用于轴承料筒进入下料，轴承料筒的底面与平台的顶部平面齐平，轴承料筒用于储存并输送微型轴承；所述上料机械手与转轴料筒固定连接在一起，用于移动并辅助转轴上料，转轴料筒储存并输送转轴，所述下料机械手能够移动并抓取轴承料筒中的已经下料的微型轴承。

上述主轴与压头通过螺栓连接，且主轴与压头的接触面具有良好的气体密封性。

上述上料孔的直径大于转轴的端面直径且小于转轴的轴肩直径。

上述中心通孔与微型轴承外圈为大间隙配合。

上述轴承座内还设置球体、弹簧和壁孔，所述中心通孔内且位于微型轴承四周的内壁开设若干壁孔，壁孔内均设置球体和弹簧，所述球体位于中心通孔方向一端，通过弹簧连接安装于壁孔中。

上述球体、弹簧、壁孔数量为3的倍数并周向布置在中心通孔的内壁面上，且球体和弹簧可以沿壁孔的轴线方向伸缩，用于微型轴承的外圈精确定位。

上述平台的直径大于微型轴承的外圈内径，凹槽的直径介于微型轴承内圈内径与内圈外径之间。

一种全自动微型轴承压装方法，利用上述的压装装置，包括如下步骤：

1、将主轴安装至压力机上，主轴上的气孔接通真空泵，推杆、上料机械手与下料机械手均连接气动控制系统，转轴料筒与轴承料筒接通压缩空气，上述元件整合成自动化控制系统；

2、首先，启动系统，上料机械手在气动控制下带动转轴料筒移动至压头正下方，转轴料筒中的转轴由压缩空气推动同时由真空腔中的负压吸附进入上料孔中；

3、完成上料后，上料机械手退回至初始位置，同时，轴承料筒中的微型轴承在压缩空气的推动下进入平台上，利用轴承座的中心通孔对微型轴承进行初步定位，此时微型轴承的外圈压缩球体和弹簧实现精确定位；

4、接着，压力机推动主轴将转轴压入微型轴承的内圈中，此时，力-位移传感器实时测量转轴压入微型轴承过程中的接触应力与位移，并输出力-位移曲线用于自动识别压装效果；

5、转轴与微型轴承完成装配后，主轴退回至原始位置，然后，推杆在气动控制下推动推杆上移将装配好的微型轴承和转轴成品一起顶出轴承座；

6、最后，下料机械手在气动控制下抓取成品放置于成品框中，并退回至初始位置。

有益效果：本发明提供的微型轴承压装装置及压装方法，相比现有技术，具有以下有益效果：

本发明提出的微型轴承压装装置利用上料机械手辅助真空吸附的方式对转轴进行快速上料，微型轴承在压缩空气的推动下进入轴承座进行上料与定位，通过将压力机连接力-位移传感器实现精确压装转轴与微型轴承，装配完成后利用气动控制系统推动推杆将成品顶出，并利用下料机械手抓取成品实现快速下料。由于转轴和微型轴承的外形尺寸较小，且微型轴承的壁薄、刚性较低，在装配过程中产生过大的压装力会导致微型轴承的内外圈变形与失效。此外，如果转轴在微型轴承中安装位移不到位，也会影响轴承后期的工作稳定性。目前，虽然有报道过一些微型轴承的辅助安装装置，但是这类辅助装置仅仅保障了微型轴承的便捷安装，并没有考虑微型轴承安装时的受力与位移问题，且微型轴承由于体积小，其精确定位也是需要解决的一个关键问题。此外，微型轴承与转轴安装时的壁面接触应力以及相对位移对轴承后期的寿命有极大影响。因此，采用本发明中的全自动压装装置可以实现微型轴承的高效、精确装配，利用轴承座中的中心通孔、壁面球体、弹簧等机械结构实现微型轴承的精确定位。由于球体和弹簧可以伸缩运动，转轴压入微型轴承时，微型轴承可以实现水平方向的微量浮动调整，达到精确定心的效果。此外，压装装置中的力-位移传感器可以实时监测轴承的压装受力与位移，保障轴承精密安装的关键技术需求，确保压装过程不会损伤轴承的零部件及影响轴承寿命。该压装装置为全自动操作，装配精度高、适用性广泛，可用于各尺寸系列微型轴承的精确安装。

附图说明

图1是微型轴承压装装置的剖视图；

图2是上料机械手辅助转轴上料的示意图；

图3是转轴被压入微型轴承的示意图；

图4是推杆将安装好的成品顶出的示意图；

图5是下料机械手抓取成品下料的示意图。

其中，1为主轴，2为压头，3为轴承座，4为推杆，5为上料机械手，6为转轴料筒，7为下料机械手，8为微型轴承料筒，9为真空腔，10为气孔，11为上料孔,12为轴肩，13为中心通孔，14为平台，15为凹槽，16为转轴，17为微型轴承，18为力-位移传感器，19为球体，20为弹簧，21为壁孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：

一种全自动微型轴承压装装置，用于安装标准尺寸的微型深沟球轴承及其转轴，轴承与转轴的主要尺寸参数如下：

轴承：外圈外径5mm，外圈内径4mm，内圈外径2.9mm，内圈内径2mm，宽度1.5mm；

转轴：端面直径2mm,插入轴承端长度2.5mm，轴肩直径2.7mm。

压装装置结构如图1所示，包括主轴1、压头2、轴承座3、推杆4、上料机械手5、转轴料筒6、下料机械手7、轴承料筒8和力-位移传感器18；所述主轴1、压头2、轴承座3和推杆4位于同一轴线上；所述力-位移传感器18固定连接在主轴1的上方，用于实时测量转轴16压入微型轴承17过程中的应力与位移，所述主轴1的底部向上垂直开设槽孔用于安装压头2和用作真空腔9，所述压头2上部的槽孔形成真空腔9，所述真空腔9内设置与其相互贯通的气孔10，所述气孔10穿透主轴1；所述压头2具有上料孔11和轴肩12，上料孔11的直径为2.3mm，轴肩12压紧在主轴1的端面上用于辅助主轴1和压头2的密封。上料孔11的外侧与主轴1的槽孔形成螺纹连接，所述轴肩12压紧在主轴1的底部端面上用于辅助主轴1和压头2的密封；所述轴承座3具有中心通孔13，所述推杆4安装于轴承座3的中心通孔13内，轴承座3固定不动且推杆4在轴承座3内上下移动，所述推杆4的顶部具有平台14和凹槽15，所述平台14上放置微型轴承17，凹槽15位于微型轴承17的下方；所述轴承座3顶部设置开口，用于轴承料筒8进入下料，轴承料筒8的底面与平台14的顶部平面齐平，轴承料筒8用于储存并输送微型轴承17；所述上料机械手5与转轴料筒6固定连接在一起，用于移动并辅助转轴16上料，转轴料筒6储存并输送转轴16，所述下料机械手7能够移动并抓取轴承料筒8中的已经下料的微型轴承17。

上述主轴1与压头2通过螺栓连接，且主轴1与压头2的接触面具有良好的气体密封性。

上述上料孔11的直径大于转轴16的端面直径且小于转轴的轴肩直径。

上述中心通孔13与微型轴承17外圈为大间隙配合。

上述平台14的直径大于微型轴承17的外圈内径，凹槽15的直径介于微型轴承17内圈内径与内圈外径之间。

轴承座3还设计有球体19、弹簧20和壁孔21，中心通孔13的公称直径为5mm，与微型深沟球轴承外圈的配合间隙为0.22mm。推杆4设计有平台14和凹槽15，平台14的直径为4.8mm，凹槽15的直径为2.5mm，深度为4mm。球体19、弹簧20和壁孔21均设置了三组，且沿中心通孔13的内壁面均匀周向布置。

将压装装置的主轴1安装至压力机，气孔10通过气管连接一台真空泵，上料机械手5与下料机械手7均连接气动控制系统，转轴料筒6与轴承料筒8接通压缩空气，并将上述元件整合成自动化控制系统。如图2所示，首先启动系统，上料机械手5在气动控制下带动转轴料筒6移动至压头2正下方，转轴料筒6中的转轴由压缩空气推动同时由真空腔9中的负压吸附进入上料孔11中。完成上料后，上料机械手5退回至初始位置。同时，轴承料筒8中的微型深沟球轴承在压缩空气的推动下进入平台14上，利用轴承座3的中心通孔13对微型轴承17进行初步定位，此时微型轴承17的外圈压缩球体19和弹簧20实现精确定位。接着，压力机推动主轴1将转轴16压入微型轴承17的内圈中。在转轴16接触微型轴承17表面时，力-位移传感器18开始实时测量转轴16压入微型轴承17过程中的应力与位移，并输出力-位移曲线用于自动识别压装效果。如发现压入应力或位移超差，装置立即报警，提醒操作人员即时发现安装缺陷图3。转轴16与微型轴承17完成装配后，主轴1退回至原始位置。然后，推杆4在气动控制下推动推杆4上移将装配好的微型轴承17和转轴16成品一起顶出轴承座3图4。最后，下料机械手7在气动控制下抓取成品放置于成品框中，并退回至初始位置图5。自此，该系统已完成转轴16与微型轴承17的自动装配，并按照上述步骤自动、连续进行安装。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种全自动微型轴承压装装置，其特征在于：包括主轴（1）、压头（2）、轴承座（3）、推杆（4）、上料机械手（5）、转轴料筒（6）、下料机械手（7）、轴承料筒（8）和力-位移传感器（18）；所述主轴（1）、压头（2）、轴承座（3）和推杆（4）位于同一轴线上；所述力-位移传感器（18）固定连接在主轴（1）的上方，用于实时测量转轴（16）压入微型轴承（17）过程中的应力与位移，所述主轴（1）的底部向上垂直开设槽孔用于安装压头（2）和用作真空腔（9），所述压头（2）上部的槽孔形成真空腔（9），所述真空腔（9）内设置与其相互贯通的气孔（10），所述气孔（10）穿透主轴（1）；所述压头（2）具有上料孔（11）和轴肩（12）；所述上料孔（11）的外侧与主轴（1）的槽孔形成螺纹连接，所述轴肩（12）压紧在主轴（1）的底部端面上用于辅助主轴（1）和压头（2）的密封；所述轴承座（3）具有中心通孔（13），所述推杆（4）安装于轴承座（3）的中心通孔（13）内，轴承座（3）固定不动且推杆（4）在轴承座（3）内上下移动，所述推杆（4）的顶部具有平台（14）和凹槽（15），所述平台（14）上放置微型轴承（17），凹槽（15）位于微型轴承（17）的下方；所述轴承座（3）顶部设置开口，用于轴承料筒（8）进入下料，轴承料筒（8）的底面与平台（14）的顶部平面齐平，轴承料筒（8）用于储存并输送微型轴承（17）；所述上料机械手（5）与转轴料筒（6）固定连接在一起，用于移动并辅助转轴（16）上料，转轴料筒（6）储存并输送转轴（16），所述下料机械手（7）能够移动并抓取轴承料筒（8）中的已经下料的微型轴承（17）。

2.根据权利要求1所述的一种全自动微型轴承压装装置，其特征在于：所述主轴（1）与压头（2）通过螺栓连接，且主轴（1）与压头（2）的接触面具有密封性。

3.根据权利要求1所述的一种全自动微型轴承压装装置，其特征在于：所述上料孔（11）的直径大于转轴（16）的端面直径且小于转轴（16）的轴肩直径。

4.根据权利要求1所述的一种全自动微型轴承压装装置，其特征在于：所述中心通孔（13）与微型轴承（17）外圈为大间隙配合。

5.根据权利要求1所述的一种全自动微型轴承压装装置，其特征在于：所述轴承座（3）内还设置球体（19）、弹簧（20）和壁孔（21），所述中心通孔（13）内且位于微型轴承（17）四周的内壁开设若干壁孔（21），壁孔（21）内均设置球体（19）和弹簧（20），所述球体（19）位于中心通孔（13）方向一端，通过弹簧（20）连接安装于壁孔（21）中。

6.根据权利要求5所述的一种全自动微型轴承压装装置，其特征在于：所述球体（19）、弹簧（20）、壁孔（21）数量为3的倍数并周向布置在中心通孔（13）的内壁面上，且球体（19）和弹簧（20）可以沿壁孔（21）的轴线方向伸缩，用于微型轴承（17）的外圈精确定位。

7.根据权利要求1所述的一种全自动微型轴承压装装置，其特征在于：所述平台（14）的直径大于微型轴承（17）的外圈内径，凹槽（15）的直径介于微型轴承（17）内圈内径与内圈外径之间。

8.一种全自动微型轴承压装方法，其特征在于利用权利要求5所述的压装装置，包括如下步骤：

（1）、将主轴（1）安装至压力机上，主轴（1）上的气孔（10）接通真空泵，推杆（4）、上料机械手（5）与下料机械手（7）均连接气动控制系统，转轴料筒（6）与轴承料筒（8）接通压缩空气，上述元件整合成自动化控制系统；

（2）、首先，启动系统，上料机械手（5）在气动控制下带动转轴料筒（6）移动至压头（2）正下方，转轴料筒（6）中的转轴由压缩空气推动同时由真空腔（9）中的负压吸附进入上料孔（11）中；

（3）、完成上料后，上料机械手（5）退回至初始位置，同时，轴承料筒（8）中的微型轴承在压缩空气的推动下进入平台（14）上，利用轴承座（3）的中心通孔（13）对微型轴承（17）进行初步定位，此时微型轴承（17）的外圈压缩球体（19）和弹簧（20）实现精确定位；

（4）、接着，压力机推动主轴（1）将转轴（16）压入微型轴承（17）的内圈中，此时，力-位移传感器（18）实时测量转轴（16）压入微型轴承（17）过程中的接触应力与位移，并输出力-位移曲线用于自动识别压装效果；

（5）、转轴（16）与微型轴承（17）完成装配后，主轴（1）退回至原始位置，然后，推杆（4）在气动控制下上移将装配好的微型轴承（17）和转轴（16）成品一起顶出轴承座（3）；

（6）、最后，下料机械手（7）在气动控制下抓取成品放置于成品框中，并退回至初始位置。