4.3.1 装配单元的机械安装
1.任务引入
装配单元的功能是完成将该单元料仓内的黑色塑料、白色塑料或金属小圆柱零件嵌入放置于装配台料斗待装配工件中的装配过程。
2.任务目标
1）知识目标
（1）了解装配单元的结构和功能。
（2）掌握装配单元的工艺要求。
2）技能目标
能够完成装配单元的机械安装。
3）素养目标
引导学生对装配单元的机械安装产生兴趣，提升主观能动性。
3.任务分析
装配单元的工作过程如下。PLC首先检查设备是否处于初始状态。装配单元的初始状态为：供料机构，挡料气缸伸出，顶料气缸缩回，料仓内有足够的工件；回转机构，回转到位，左、右料盘上没有工件；机械手臂，上升、缩回、松开。当处于初始状态时，可按下启动按钮，在装配台料斗内放上待装配工件后，装配台光纤传感器检测到工件，PLC控制程序驱动相应气缸执行装配动作，装配完成后，设备返回初始位置，并向系统发出装配完成信号，为下一次装配请求做准备。在装配过程中，按下停止按钮，等一次装配操作结束以后，系统自动停止。
在熟悉装配单元的功能和结构的基础上，用给定器材清单，使用合适的螺栓、螺母，按照技术要求，组装装配单元。组装完成后进行机械部分的检查和调整，使其应满足一定的技术要求。
4.相关知识
1）装配单元的结构和功能
装配单元的机械结构主要由供料机构、回转机构、装配机械手和装配台组成。
各部分的作用如下。
供料机构：提供装配单元所需的装配工件，有黑色塑料、白色塑料和金属小圆柱。
回转机构：使待装配的工件旋转到装配机械手的下方，供机械手装配使用。
装配机械手：将工件抓取搬运到装配台的待装配工位中。
装配台：用于定位待装配工件。
警示灯：用于系统信号的显示。
其他部分，如电磁阀、端子排、线槽等，功能同加工单、供料单元中的对应部分。
（1）供料机构。
供料机构的机械组成包括管形料仓、顶料气缸和挡料气缸，另外还有两个光电传感器，用于监测料仓内有无工件和工件是否充足。供料机构示意如图4-20所示。
各部分的功能如下。
①管型料仓。管型料仓用来储存装配用的金属、黑色塑料和白色塑料小圆柱工件。它由塑料圆管和中空底座构成。塑料圆管顶端放置加强金属环，以防止破损。工件竖直放入管形料仓的空心圆管内，由于二者之间有一定的间隙，故其能在重力的作用下自由下落。
②光电传感器。为了能在管形料仓供料不足和缺料时报警，在塑料圆管底部和底座处分别安装了两个漫反射式光电传感器（型号与加工、供料两个单元相同），并在塑料圆管上添加纵向铁槽，以使光电传感器的红外光斑能可靠地照射到被检测的工件上。光电传感器的灵敏度调整应以能检测到黑色工件为准。
③执行气缸。管形料仓底座的背面安装了两个直线型气缸。上面的气缸称为顶料气缸，下面的气缸称为挡料气缸。系统气源接通后，顶料气缸的初始位置在缩回状态，挡料气缸的初始位置在伸出状态。这样，当管形从料仓上面放下工件时，工件将被挡料气缸活塞杆终端的挡块阻挡而不能落下。需要进行供料操作时，首先使顶料气缸伸出，把次下层的工件顶住，然后挡料气缸缩回，工件掉入回转物料台的料盘中。之后挡料气缸复位伸出，顶料气缸缩回，次下层工件跌落到挡料气缸终端挡块上，为再一次供料做准备。顶料和挡料气缸执行过程中的状态都是通过安装在缸体上的磁性开关传送给PLC的，然后PLC根据编制的程序做出下一步响应动作。
图4-20 供料机构示意
（2）回转机构。
回转机构由物料回转台和两个料盘组成，物料回转台能驱动料盘旋转180°，从而实现把从供料机构落到料盘的工件移动到装配机械手正下方的功能。在摆动气缸的缸体槽中装有磁性开关，用来检测左旋或右旋是否到位，只有在摆动气缸摆动到位后，左、右料盘的光电传感器检测信号才准确，同时才能进行供料和装配等其他动作。
（3）装配机械手。
装配机械手是整个装配单元的核心，主要有两个导杆气缸，一个用于驱动手臂的伸缩，一个用于驱动手爪升降，气动手指用于驱动手爪夹紧零件。在装配机械手正下方的物料回转台料盘上有小圆柱零件，且在装配台料斗有待装配工件的情况下，装配机械手从初始状态开始执行装配操作过程。
装配机械手的运行过程如下。
PLC驱动与竖直移动气缸相连的电磁换向阀动作，由竖直移动气缸驱动气动手指向下移动，到位后，气动手指驱动手爪夹紧工件，并将夹紧信号通过磁性开关传递给PLC，在PLC的控制下，竖直移动气缸复位，被夹紧的工件随气动手指一并升起，升到最高位后，水平移动气缸在与之对应的电磁换向阀的驱动下，活塞杆伸出，移动到气缸前端位置后，竖直移动气缸再次被驱动下移，移动到最下端位置，气动手指松开，经短暂延时，竖直移动气缸和水平移动气缸缩回，装配机械手恢复初始状态。
在整个装配机械手的动作过程中，除气动手指松开到位无传感器检测外，其余动作的到位检测均采用与气缸配套的磁性开关，即将采集到的信号输入PLC，由PLC输出信号驱动电磁阀换向，使由气缸及气动手指组成的装配机械手按程序自动运行。
（4）装配台。
装配台主要由用于定位待装配工件的料斗和固定板构成。料斗的侧面开了一个螺孔（定位孔），可以用来安装光纤传感器的检测头，检测料斗内是否有待装配工件。待装配工件直接放置在料斗定位孔中，由定位孔与工件之间较小的间隙配合实现定位，从而完成准确的装配动作和定位精度。
（5）警示灯。(https://www.daowen.com)
警示灯用于显示装配单元或是整个智能生产线系统的状态信号，有红、橙和绿3个颜色，它作为整个系统警示之用。警示灯有5根引出线，其中黄绿交叉线为“地线”；红色线为红色灯控制线；黄色线为橙色灯控制线；绿色线为绿色灯控制线；黑色线为信号灯公共控制线。
2）装配单元工艺要求
在装配单元的安装过程中要注意以下几点。
（1）所有部件固定牢靠，选用合适的螺栓、螺母和工具。
（2）组装铝合金支架时，调整好各条边的平行及垂直度，使用专用连接件进行连接，且连接要牢靠，无松动，无变形，铝型材的端面要有端面保护。
（3）预留螺栓一定要放置足够，以免组件之间不能完成安装。
（4）建议先进行装配，但不要一次拧紧各固定螺栓，待相互位置基本确定后，再依次进行固定。
（5）各组件的安装顺序可以根据前面的经验进行适当调整。顶料气缸和落料气缸装在固定板上时，要将其中一个气缸上的单向节流阀拧下，再进行固定，然后安装单向节流阀。
（6）在铝合金支架安装过程中，要预留警示灯、供料机构固定板、回转机构支撑板和电磁换向阀安装板的安装螺母。
（7）管形料仓的料管、料槽应对准传感器，以便于传感器监测工件状态。
（8）所有内六角螺栓与平面的接触处都要套上垫片后再拧紧。
设备装调工艺要满足以下要求。
（1）气缸安装和连接正确，速度调整合理，运行过程平稳，没有卡阻现象，摆动气缸调整180°，为保障回转精度，摆动气缸速度要调得较慢。
（2）导杆气缸的行程要调整到位，使装配机械手能够正确且稳定地进行工件装配，每个导杆气缸都有行程调整板，通过调整板末端的缓冲器调整行程，调整好后用螺母进行紧固。调整装配机械手部件时，将气缸下降到位，对好料盘，将手爪调整至料盘中间位置；手臂伸出到位后，调整伸出的行程，使手爪在准装配台料斗的正上方；行程调整好后，要进行行程固定，以避免运行过程中松动、位置发生偏移。
（3）光电传感器安装位置合理，固定牢靠，调整到位，能够正确检测所有材质的工件。
（4）物料回转台上的左料盘要与管形料仓出料口对齐，右料盘要在装配机械手的正下方。
5.任务准备
1）清理安装平台
安装前，先确认安装平台已放置平衡，安装平台下的滚轮已锁紧，保障安装平台平稳，四角无落差，不晃动。确认安装平台上安装槽内没有遗留的螺母、小配件或其他杂物，然后用软毛刷将安装平台清扫干净，确保导轨内没有杂物和零部件等。
2）准备器材和工具
根据安装装配单元装置侧部分所需要的器材清单清点器材，并检查各器材是否齐全，是否完好无损，如有损坏，请及时更换。将所有零部件按照类别统一归放整齐，配齐足量的螺栓和螺母，并按规格摆放，以方便取用。
6.任务实施
装配单元是整个智能生产线中所包含气动元件较多、结构较为复杂的单元，为了降低安装的难度和提高安装时的效率，在装配前，应认真分析其结构组成，认真思考，做好记录。遵循先前的思路，先组装组件，再进行总装。
1）安装支架
安装支架从黄色底板开始，将与底板接触的型材放置在底板的连接螺纹之上，使用L形的连接件和连接螺栓固定。
2）安装回转机构和装配台
回转机构和装配台总装在支撑板上，首先按照步骤与说明安装回转机构和装配台，再将其安装到装配单元的支架上。
3）安装供料机构
安装供料机构主要是安装管形料仓、顶料气缸、挡料气缸和相关检测传感器，按照步骤和说明组装供料机构，最后将其固定到支架上，并用螺栓进行固定。
4）安装装配机械手
安装装配机械手主要是安装伸缩和升降两个导杆气缸，按照安装步骤及说明进行。
首先组装装配机械手爪，并将其连接到手臂升降导杆气缸的一端，然后将手臂作为整体连接到伸缩导杆气缸的附件连接处。将组装好的装配机械手安装到支架的顶板上，调整好水平和垂直方向的角度后，用螺栓进行固定，要保证装配机械手水平动作和垂直动作不偏倚。
5）安装警示灯
警示灯通过连接板安装在设备支架上。
6）检测与调整
装配所有组件后，进行设备整体平衡度和稳定度的调试，所有连接处不要留有缝隙，在铝型材的端面装上封盖板，进行保护；物料回转台的初始位置要与支撑板边缘平行，以免装配完后摆动角度不到位；调整料斗的位置，使其在装配机械手的正前方，以免偏差大，装配不进工件。机械调整好后，将所有元器件的引出线整理整齐，以方便电气连接。向管形料仓内放入工件，看是否能够挡住工件，如果不能则调整挡料头的长度和位置。管形料仓工件检测传感器要正对着管形料仓的铁槽，如果没有，需松动螺栓调整对准度。
7.任务评价
任务评价见表4-18。
表4-18 任务评价
