从扳机喷雾器到一次性剃须刀，高速自动化系统组装了数以百万计的消费产品

消费产品可以在同步和异步自动化系统上组装。这些标记器安装在分度转盘传送带机器上。

精密阀门公司是世界上最大的一次性塑料阀制造商之一。它的组件装配了玻璃清洁剂，杀虫剂，香水，剃须膏，定型慕斯和多种其他产品的前瓶。年，该公司组装了约40亿个扳机喷雾器，手指泵，喷嘴和其他产品。在美国，每个人要使用的阀门超过13个！

即使最快的自动化装配系统也无法跟上这种体积，无论如何也无法靠自身。以每分钟1,个零件的生产率，每天24小时，每周7天不间断运行的自动化系统可以生产5.24亿个组件，占40亿个组件的13％以上。

但这还不是全部。精密阀是美国至少五家一次性塑料阀制造商之一，另外几家位于欧洲和中国。当您投入每年数以百万计的数不胜数的其他小型塑料组件（笔，剃须刀，打火机，化妆品容器，空气清新剂）时，您会开始意识到高速自动化对消费品行业的重要性。

根据零件的数量和形状，组装过程以及生产量和品种的不同，消费产品可以在同步和异步自动化系统上组装。

系统集成商产品经理史宾说，相对简单的组件（例如带有几个圆形零件的阀门）是连续运动系统的理想选择。这些机器可以轻松地每分钟生产到个组件，有些机器每分钟可以输出1,多个组件。在连续运动系统上，传递机构不会像分度系统那样启动和停止。而是在零件移动时执行组装操作，并且工具随过程中的工件一起移动。

连续运动装配系统的核心是旋转的圆柱形转塔。刀塔由一个圆盘组成，该圆盘具有围绕其圆周排列的一系列称为销的工具。零件在进料器或上游操作的轨道上进入系统单个文件。与转盘同步移动的星轮将零件逐个剥离，并将其转移到表盘周围的巢中。随着转塔旋转，依次旋转每个销，直到完成该过程并卸下组件。

“如果大多数组件是圆形且对称的，并且如果它们的组装不需要在一个零件到另一个零件之间进行任何径向定向，那么它们将很容易被送入连续运动系统中，”系统集成商总工程师罗恩说道。这可以在相对较小的空间内高速完成。”

远智自动化最近建立了一个连续运动系统来组装笔帽。表盘有80个固定装置，装配盖的速度为每小时个。从振动碗中取下瓶盖，然后将其水平放置到固定装置中。金属夹从振动碗输送到车轮机构。当轮子旋转时，它将向下夹的夹子放在帽上。然后，用凸轮驱动的压接工具以足够的力将夹子压在盖子上，以使柄脚穿透塑料。然后将一个弹簧加载的心轴插入盖中，以使柄脚向下折向盖的内壁，从而固定夹子。然后将压接工具向下凸轮并检查完成的盖。好的程序集将被卸载，而坏的程序集将被拒绝。

更复杂的组件需要旋转分度盘或分度转盘。旋转式转盘最多可在由中央垂直轴驱动的转盘周围安装16个工作台。工位的主要作用是通过水平轴和锥齿轮连接到主驱动器的凸轮产生的。次级运动由气动机构执行，气动机构也由主驱动器控制。根据应用的不同，旋转分度盘可以达到每分钟个分度的装配速度。

如果空间不足，或者需要超过16个工作站来组装产品，则最好使用圆盘传送带。在轮播系统中，固定装置安装在两个轮子之间的连续钢带上。中央凸轮轴驱动两个车轮以及装配工位，装配工位可以安装在皮带环的内部和外部。

“如果有很多零件，而您需要多个进纸器，则圆盘传送带机架可以很好地工作，因为您有很多空间，”罗恩观察到。“分度盘可能会因周围过多的零件进给器而非常拥挤。圆盘传送带系统每分钟最多可转60个循环，您通常可以将机器加倍或加倍使用以提高生产率。”

异步系统是另一种可能，特别是如果某些组装过程比其他过程花费更长的时间。如果制造商需要一定的灵活性，那么异步系统也是有利的。例如，IEM最近设计了一种免动力系统，用于组装和测试两种类型的气溶胶泵。每个组件由四个部分组成，这些部分从振动碗中送入系统。组件（四个到一个托盘）在塑料链式输送机上从一个工作站移动到另一个工作站。添加每个零件后，将对组件进行检查，并在卸载组件之前对其进行线性和旋转力测试。系统每分钟生产30个组件。

在某些情况下，会合并不同类型的系统。例如，连续运动系统可能会将子组件送入旋转分度盘。或者，异步系统可能用于容纳太慢或太大而无法集成到连续运动系统中的过程（例如测试或包装）。

例如，豪米勒最近设计了一种结合了连续运动和旋转分度机的系统。该系统组装并测试用于小型塑料瓶的指压泵。大多数泵都安装在连续运动系统上。补给管已插入表盘上的泵中，因为这些零件比泵的其他零件更大且更灵活。该系统组装泵的速度非常快，因此需要使用高速摄像机来分析其性能。

“当您每分钟运行1,个零件时，出现故障时很难看清发生了什么，”史宾解释说。他的公司设计的机器可以组装种不同的喷嘴和阀门设计。

凸轮驱动系统通常用于组装小型塑料消费品，因为零件设计为可卡扣，压制或压接在一起。

组装，测试和检查

在组装用于消费产品的小型塑料零件时，主要考虑的是高速和低成本。结果，零件通常被设计成卡扣，压紧或压接在一起。超声波焊接，旋转焊接，热熔，感应焊接和激光蚀刻是较不常见的过程，而除非在功能上必要，否则很少使用螺纹紧固件，铆钉，胶带和粘合剂。“如果必须粘合零件，则需要添加另一种材料，另一道工序，这只会增加产品的成本，”罗恩说。

至于测试和检查，低成本，大批量消费产品的制造商与汽车零件或医疗设备的制造商没有什么不同。即使仅花费几美分，每个组件也必须运转良好。没有消费者想要一罐带有泄漏阀或开着的圆珠笔的洗衣粉。因此，组装系统通常配置为一系列交替操作：添加零件，检查零件，添加零件，检查零件。该程序不仅对于组装优质产品非常重要，而且对于维持机器的正常运行时间也很重要。

史宾说：“将零件放置在装配体上而不检查以确保其在正确的位置是不寻常的。”

机器制造商有几种检查零件的选择。碗进料器上的工具可以在不合格的零件到达装配体之前将其剔除。组件的高度可以通过光电传感器或接近传感器以及探针或刮水器进行检查。装配太短将指示未成功添加零件。视觉系统可以进行编程以检查许多属性，包括颜色，形状和尺寸。这些系统可以快速识别缺失的特征或未对准的零件。

由于产品的简单性，测试不如检查常见。泄漏或流量测试通常在阀门上执行。有时会在弹簧驱动的组件上进行力测试，而有时会在带有旋转零件的组件上进行扭矩测试。

尽管质量检查很重要，但是工程师在添加测试和检查步骤时必须平衡成本与收益。“有时您可以跳过检查步骤，但这是有风险的，”史宾说。“您可以承担组装过程中的所有风险，但是它可能会变得可笑地昂贵。”

设计问题

消费产品的自动组装系统通常可以比其他产品的系统构建速度更快，尤其是如果集成商先前已为类似产品构建系统时。交货时间取决于产品的复杂性。例如，通常可以在8到12个月内设计和构建一个由五个组件组装产品的系统。

当然，设计产品本身可能要花费一年甚至更长的时间，并且建议工程师在设计周期的早期就联系系统集成商。集成商通常会建议对零件进行一些细微的改动，以利于自动设备的进料和处理，而不会影响最终产品的功能或外观。

“最糟糕的（技术）发展之一是实体建模工具，”罗恩感慨地说。现在，工程师可以设计没有平面的产品。一切都有曲线，半径和奇怪的角度。这些零件看起来非常漂亮，而且感觉非常好，但是在自动化装配系统中操作起来更加困难。”

确实，罗恩回顾了他的公司最近建立的用于组装一次性剃须刀的系统所带来的挑战。他说：“我们想并排喂食手柄，但它们有很多弯曲，很难可靠地抓住。”

为了解决该问题，罗恩说服客户在手柄上添加两个小凸起。他解释说：“它们看上去就像它们属于那里，就像它们正常运转一样。”“但是，它们确实可以帮助我们送入和固定零件。它们不会错位，并且在零件进给方式上有了很大的改进。通常，解决喂养问题的方法很简单。”

柯宾说，弹簧是许多消费品的共同特征，由于它们会缠结在馈线中，因此操作起来也很棘手。他建议使用封闭式弹簧而不是开放式弹簧。在封闭式弹簧上，导线的每一端都绕回自身。在开放式弹簧上，导线的末端伸入空间。末端封闭的弹簧直立放置。开放式弹簧没有。

如果产品的某些部分尚未完成，集成商可以在系统中“留出空间”以适应变化。“通常，在设计系统时，产品会进行一些小的修改，”罗恩说。“但是，如果客户可以告诉我们产品的哪些部分仍会更改，我们可以预料到这一点，并在工具和固定装置上留出余地，因此我们不必回到正题。”

但是，一旦完成产品定型，集成商将需要大量的生产零件来测试机器。史宾说，通常需要成千上万的零件。

有时，消费品自动组装的问题与零件的形状无关，而与零件的制造水平有关。在这方面，消费产品设计师经常面临22个难题。必须将制造公差设置得足够紧，以便可以在高速自动化中轻松地进料和处理零件。但是，与此同时，公差不能设置得太紧，以至于零件成本增加。