手表机芯自动化装配系统及相配套机芯的研发
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引 言
2008年世界金融风暴以来,全球各地、各行业都受到了重大的波及和影响,日益与世界经济接轨的中国也受到了不可避免的冲击。其影响的一个显著的方面就是使得中国制造行业的用工凸显紧张。自08年底以来,国内大部分生产型企业面临的一个共同问题就是用工短缺。国内的手表机芯生产企业生产方式仍以手工生产为主,因而用工的短缺就给这些企业的发展造成了很大的阻碍。今年国内钟表市场机芯供应的普遍短缺就是这一影响的具体表现。
就国际水平而言,不可否认中国国内机芯的质量水平与日本等发达国家的机芯质量忍让存在着相当的差距。究其原因,机芯的存手工生产是制约其质量提升的重要因素。国内的机芯生产仍然属于劳动密集型生产,这就在精准度、生产效率、工艺水平等方面大大的制约了国内机芯质量水平的提升。
手表机芯自动化装配系统的应用能够从根本上解决以上严重制约机芯生产的质量和效率的问题。一方面,手表机芯自动化装配系统能够大大提高机芯的人均产量,从根本上为企业劳动力短缺提供解决之道。另一方面,手表机芯的自动化装配能够大大避免存手工操作存在的误差和损耗的问题,为企业的生产节约成本,并将大幅度提高手表机芯生产企业的产量。
虽然我国钟表产量已占垒球的80%,但销售额却不到10%,在中国市场,从销售量来看,国产表占了80%的市场份额,但从销售额来讲。进口表却占了近80%的市场份额。
应当说中国钟表制造企业发展很快,正在逐步崛起,但跟世界著名的瑞士、日本钟表制造企业相比,差距依然很大,不仅在品牌上存在着很大的差距,而且在技术上也存在一定的差距。在日本,石英手表机芯产品的废品率只有0.3%,而我们国内大多数机芯制造企业的废品率却高达5%;在日本,机芯的准高配实现自动化,安装一个机芯零件的平均时间不到2秒,一条生产线只需1-2人管理,一天课生产80000万只,生产效率很高。但在我国还有不少企业垒靠人海战术,一个工人负责一个零件的安装。一条线需要68人,每天工作10个小时,生产16000只,上产效率低,劳动成本高。
精密手表机芯装配工艺由近30道工序组成。有齿轮与轴之间的装配、构件与夹板之间的装配、齿轮与齿轮之间的装配、线圈焊接装配、压装连接装配等等,研究这些零件、构件、组件等等装配方法、工艺路线和装配技术对自动化转配系统的研究开发具有重要作用。
现有的指针式电子手表,采用离含杆转动,带动其上的过轮下轴移动,过轮成倾斜状态与分轮齿脱开。由于结构的原因,过轮不能倾斜过大,因而容易出现拨针不顺的情况;过轮上轴及传动轮下轴均细长,存在注塑时容易变形的问题,而且过轮及传动轮在装配过程中容易歪倒,增加了装配的难度;正极片于主夹板采用热铆和,不仅拆装麻烦,不利于实现装配自动化,而且容易顺坏零件。为了克服上述的缺陷,特别研究开发一种拨针顺畅,装配简捷的手表机芯。
2、手表机芯自动化装配系统及相配套机芯产的概述
手表机芯自动化装配系统是根据手表精密机芯的特点,首先从单个微细零件的分选、抓取、输送、定位、操作等方祛开展实验研究,以此为基础,对单个微细零件的分选、抓取,输送、定位、操作装置进行设计开发,并根据精密机芯的装配工艺进行精密机芯关键零部件自动化装配单元的设计,制造、装配、调试和试运行,最后进行整个系统的装配和联机调试。
同时为配合手表机芯自动化装配系统的运作,特别设计研发一种新型手表机芯。其主要特点是采用离合弹簧拨动滑块运动,使得滑块沿分轮孔与过轮孔连线方向做直线移动,克服了传统的采用离合杆转动。带动其上的过轮下轴移动,让过轮倾斜来实现过轮齿与分轮齿脱离这种结构存在的弊端,解决了拨针不顺的问题,保证里拨针的顺畅。
3、手表机芯自动化装配系统及相配套机芯的关键技术概述
3.1 手表机芯自动化装配系统的核心技术介绍手表机芯自动化装配系统主要解决的核心技术有:
①、基于机器视觉的微细零件分选与抓取技术微细零件的正确定向是零件抓取的必要条件,主要拟采用一种自装配技术。通过振动激励和零件形状相配合,设计一种振动送料器,送料器的振动产生随机运动,该运动与零件自身的重力一起产生零件定向和传输所需的驱动力。零件在抓取前的定位可以通过机械定位机构的设计来实现。
A、手爪的定位:保证手爪能正确定位到细微零件的抓取位置。
B、消除零件表面粘滞力的影响,
c、控制抓取力,避免在操作过程中使零件变形或损坏零件的表面。
②基于机器视觉和力触觉的微细零件精确装配装置技术
采用的关键技术:运用视觉功能模块在接收到监控程序的命令后,通过对数字图像帧进行处理,计算出目标物体的位置、角度等参数,然后通过监控程序发送给装配控制模块以实现装配操作。装配控制模块则包含了机器人和微动装配平台的控制算法,驱动装配现场中的机器人实现微器件的组装;
③研究开发技术路线图:
3.2 新型手表机芯的核心技术介绍
本新型手表机芯的特征在于:它包括离合弹簧、滑块、柄轴、主夹板,过轮及分轮,分轮通过设于主夹板上的分轮孔安装在主甲板上,过轮通过设于滑块上的过轮孔安装在滑块上,柄轴于离合弹簧配合满足:当柄轴做推拉运动时,离合弹簧发生弹性形变,使得滑块沿分轮孔与过轮孔的连线方向移动,过轮和分轮处于齿合或脱离状态。
如图1、图2、图3、图4所示的新型手表机芯,包括离合弹簧1、滑块2、柄轴3,过轮4、分轮5、传动轮6及主夹板7,分轮4通过设干主夹板7上的分轮孔B3安装在主夹板7上,过轮5通过设于滑块2上的过轮孔B4安装在滑块2上,过轮4的下齿面设有无齿轴和有齿轴,上齿面的中心位置设有一个限位凸点,作为过轮轴向限位用,当柄轴3向里推动时,离合弹簧1发生弹性形变,使得滑块2沿过轮孔的中心点B4与分轮孔的中心点B3的连线R并朝B3方向移动,实现过轮4和分轮5齿合,当柄轴3向外拉动时,离合弹簧l发生弹性形变,使得滑块2沿分轮孔的中心点B3与过轮孔的中心点B4的连线R并朝B4方向移动,实现过轮4和分轮5脱离。它还包括一个传动轮6,其下齿面设有一个盲孔,主夹板7设有一个与传动轮6盲孔相匹配的轴。舍得孔与轴刚好形成动配合。
如图5所示,它还包括一个正极片8,正极片8设有6个贷槽孔的弹臂9,主夹板7设有6个与弹臂的槽孔相匹配的凸台10,使得弹臂9的槽孔刚好扣住主夹板7的凸台10,并形成紧扣合。当正极片弹臂扣住主夹板凸台时,正极片的底面也通过垫块紧紧压住线圈铁芯11和定子片的磁路导通,保证马达可靠工作。
如图6、图7所示,它还包括一个线圈铁芯1I、电路板12,线圈铁芯11的两端设有铁芯铁块13和电路板垫块14。电路板垫块14位于线圈铁芯11靠电路板12的一侧,铁芯垫块13位干线圈铁芯11的另一侧。电路板12上设有连个定位孔121、122,电路板垫块14设有与连个定位孔121、122相匹配的两个定位柱141、142,电路板12与电路板垫块14配合满足;使得线圈铁芯1l通过电路板垫块14与电路板12连接组合成一体。
4、产品市场化
该新产品主要依托香港生产力促进局的技术力量,研发设计国内首条首套的国产化先进设备,已通过省科学技术成果鉴定,具有视觉、力觉的精密机芯中微细零件抓取、定位、装配关键新技术和新装置,可以达到精密手表机芯无人化和自动化装配生产,从而解决了钟表行业技术瓶颈问题,提高了产品的精准率和机芯的品质,降低原材料消耗,提高与日本钟表抗衡能力,替代进口,对我省钟表业乃至我国钟表产业化发展有极大的促进作用。
该新产品的研制与开发使每条生产线需要的人员从原来的60名减少到6名,生产能力、成品的精准率和完好率大大提高,精准率和完好率从原来的90%提高到98%,实现了高精密度的手表机芯质量与档次的提高,降低损耗,成本从原来的3元/只下降到1.8元/只。该新产品投入使用后,使产品质量能够持续稳定,漳州生产石英表机芯企业生产的产量提高近一倍。提高与日本钟表抗衡能力,打破了原来我国钟表机芯由日本龚断的局面,对福建省钟表业乃至我国钟表业发展有极大的促进作用。
5、结束语
国内钟表机芯生产企业想要实现产品的大步提升,为企业自身创造更多的价值,使国内机芯产品能够和日本等国家的机芯一较高下,只有依靠科技进步,大胆采用高新技术,研发新产品,拥有自主知识产权和核心技术,才能带动产业技术提升和产业链延伸。手表机芯自动化生产装配系统的应用正是在实现这一目标下因运而生,我们也深切的期望手表机芯自动化装配系统的应用能够成为国内钟表行业腾飞的开端。