凸輪軸裝配機(jī)的設(shè)計(jì)分析

楊廣明 蔣佩巖 郭大偉 郭波

摘要：本文介紹了凸輪軸裝配機(jī)各機(jī)構(gòu)的細(xì)節(jié)和工作原理，并通過(guò)對(duì)工件誤差的分析，設(shè)計(jì)了高精度的罩蓋定位裝置，增加了精定位機(jī)構(gòu)，大大降低了穿軸的難度，保證了穿軸的質(zhì)量，提高工作效率。

關(guān)鍵詞：凸輪軸裝配;高精度;自動(dòng)化設(shè)備

1.概述

隨著我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)零部件國(guó)產(chǎn)化的比率逐步提高，要求零部件的加工裝配效率也越來(lái)越高，加工質(zhì)量越來(lái)越好，對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線的需求也就不斷增加。凸輪軸裝配機(jī)是發(fā)動(dòng)機(jī)裝配生產(chǎn)線中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)中的罩蓋和凸輪軸完成組裝的功能。凸輪軸裝配機(jī)工作可靠，操作方便，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和提高工作效率。

2.總體設(shè)計(jì)

凸輪軸裝配機(jī)是一臺(tái)全自動(dòng)的設(shè)備，主要由穿軸機(jī)構(gòu)、粗定位機(jī)構(gòu)、精定位機(jī)構(gòu)、罩蓋定位裝置等4部分組成（如圖1），實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定而準(zhǔn)確的穿凸輪軸工作。由于凸輪軸是細(xì)長(zhǎng)桿結(jié)構(gòu)，與罩蓋孔的配合間隙較小，對(duì)于設(shè)備的精度要求較高，同時(shí)由于罩蓋孔的位置累計(jì)誤差已經(jīng)大于了軸和孔的配合間隙，裝配時(shí)又要有一定的柔性。

2.1穿軸機(jī)構(gòu)

穿軸機(jī)構(gòu)主要由頂桿1、氣缸2、氣缸3、氣缸6、頂尖7、氣缸9等組成（如圖2）。氣缸2和氣缸6串聯(lián)到一起，穿軸時(shí)可以停到三個(gè)位置上。氣缸3用一個(gè)安裝板連接到右側(cè)的夾緊機(jī)構(gòu)上。頂桿1在氣缸3的帶動(dòng)下，和氣缸9驅(qū)動(dòng)的頂尖7，一起夾緊定位凸輪軸。氣缸2和氣缸6帶動(dòng)夾緊后的凸輪軸一起移動(dòng)到罩殼里，完成凸輪軸的裝配工作。

2.2粗定位機(jī)構(gòu)

粗定位機(jī)構(gòu)主要由定位塊、氣缸、舉升板、導(dǎo)向軸、安裝板組成（如圖3）。設(shè)備能夠垂直升降。工作開(kāi)始時(shí)，機(jī)構(gòu)保持伸出狀態(tài)，上料機(jī)械手把需要安裝的凸輪軸放置到粗定位機(jī)構(gòu)的定位塊上，凸輪軸中心與罩蓋中心高度一致。穿軸時(shí)，機(jī)構(gòu)縮回，以防止與穿軸機(jī)構(gòu)干涉。

2.3精定位機(jī)構(gòu)

精定位機(jī)構(gòu)（如圖4）與粗定位機(jī)構(gòu)相似，要保證定位塊上凸輪軸的中心與罩殼的孔中心保持一致。但增加了定位基準(zhǔn)塊3和定位銷(xiāo)5。當(dāng)機(jī)構(gòu)伸出是，定位基準(zhǔn)塊頂?shù)秸稚w定位夾具的工藝精加工面上，以罩殼定位夾具的面作為基準(zhǔn)。同時(shí)定位銷(xiāo)深入到罩蓋的定位銷(xiāo)孔里進(jìn)行定位。大大的增加了機(jī)構(gòu)的定位精度和穩(wěn)定性。

2.4罩蓋定位裝置

罩蓋定位裝置具有很高的定位精度，主要由擺動(dòng)壓緊氣缸1、側(cè)向氣缸3、定位銷(xiāo)5、粗定位塊7等組成（如圖5），罩蓋的定位主要由定位銷(xiāo)5保證，側(cè)向氣缸推動(dòng)罩蓋靠緊定位銷(xiāo)5，旋轉(zhuǎn)壓緊氣缸壓緊罩蓋，使罩蓋穩(wěn)定而準(zhǔn)確的放置到工作位置。

3. 凸輪軸裝配機(jī)的設(shè)計(jì)分析

3.1凸輪軸的裝配工藝要求

凸輪軸長(zhǎng)度450mm，直徑只有40mm，是標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)長(zhǎng)桿結(jié)構(gòu)。凸輪軸和罩蓋孔的最小間隙為0.05，是配合精度比較高的，要求將這個(gè)細(xì)長(zhǎng)軸準(zhǔn)確的穿過(guò)罩蓋孔，保證不能磕傷罩蓋，罩蓋的材質(zhì)為鋁合金，硬度相對(duì)較低，只要有很小的磕碰都會(huì)傷及表面。因此必須保證中心的精度。

3.2罩蓋定位裝置分析

由于罩蓋與凸輪軸的裝配精度較高，罩蓋的定位盡量與圖紙的基準(zhǔn)相同（如圖6）。用定位銷(xiāo)和底面進(jìn)行定位，減小基準(zhǔn)不同帶來(lái)的累計(jì)誤差。但由于工件往夾具上放的時(shí)候，必須與定位銷(xiāo)之間保留一定的間隙，無(wú)形中增加了一個(gè)隨機(jī)誤差，為了盡量減小這部分誤差，定位夾具側(cè)面增加了一個(gè)推靠氣缸，將工件的孔壁貼到定位銷(xiāo)的側(cè)面上，這樣就可以消除間隙誤差的影響，但罩蓋定位銷(xiāo)孔直徑的誤差無(wú)法避免，最大為定位孔直徑誤差d的一半。這樣看來(lái)，罩蓋水平方向定位的誤差為：

3.3穿軸機(jī)構(gòu)分析

穿軸機(jī)構(gòu)的頂桿1需要穿過(guò)罩蓋，長(zhǎng)度必須大于罩蓋長(zhǎng)度，形成細(xì)長(zhǎng)桿結(jié)構(gòu)，為了增加頂桿的精度和剛性，在罩蓋定位裝置上增加了導(dǎo)向套。由于工件自身的誤差較大，無(wú)法用穿軸機(jī)構(gòu)直接把凸輪軸穿入到罩蓋孔內(nèi)，因此增加了精定位機(jī)構(gòu)，進(jìn)行二次定位。穿軸機(jī)構(gòu)只要保證0.2mm的精度，先把凸輪軸穿入罩蓋的非配合孔中，放到罩蓋下面的精定位機(jī)構(gòu)上就可以了。然后用穿軸機(jī)構(gòu)的氣缸6將凸輪軸推入到配合孔里。

3.4精定位機(jī)構(gòu)分析

精定位機(jī)構(gòu)的使用，主要是減少中間各環(huán)節(jié)的累計(jì)誤差，方便穿軸。精定位機(jī)構(gòu)伸出時(shí)，定位銷(xiāo)與罩蓋的定位夾具孔配合，用夾具上的限位塊作為擋塊，保證兩個(gè)機(jī)構(gòu)很好的結(jié)合在一起，形成一個(gè)整體，既保證了精度，又提高了剛性。定位塊采用V型結(jié)構(gòu)，具有更高的定心作用。只有凸輪軸本身直徑的誤差a影響裝配尺寸。根據(jù)V型塊的定位原理，凸輪軸的垂直方向上最大定位誤差為：0.707a。穿軸時(shí)，為了凸輪軸有一定的自適應(yīng)空間，保證最大軸徑時(shí)凸輪軸的中心與罩蓋孔的理論中心對(duì)齊。這樣垂直方向上，兩工件的中心線誤差為：k2=0.707a+w/2。而水平方向上，誤差為罩蓋的定位誤差k1，但偏向一側(cè)，不利于裝配，因此凸輪軸的中心對(duì)準(zhǔn)罩蓋孔的理論中心位置偏d/4的位置，這樣使位置度公差w對(duì)稱于凸輪軸中心線。保證更多時(shí)候，穿軸準(zhǔn)確。

4. 凸輪軸裝配機(jī)的動(dòng)作過(guò)程

上料機(jī)械手將罩蓋放置到定位裝置中，推靠氣缸將罩蓋推靠到定位銷(xiāo)上，夾緊氣缸將罩蓋夾緊，罩蓋定位準(zhǔn)確后，上料機(jī)械手再將凸輪軸放到初定位機(jī)構(gòu)的V型塊中。

穿軸機(jī)構(gòu)的氣缸3帶動(dòng)頂桿1縮回，向右移動(dòng)，穿過(guò)罩蓋，頂住凸輪軸左側(cè)頂尖孔，同時(shí)，氣缸9帶動(dòng)頂尖7伸出，頂住凸輪軸的右側(cè)頂尖孔，定位并夾緊凸輪軸。初定位機(jī)構(gòu)縮回，避讓出穿軸的移動(dòng)空間。氣缸2縮回，氣缸6伸出，將夾緊的凸輪軸向右緩慢的移動(dòng)到罩蓋里（停到配合段前面位置），精定位機(jī)構(gòu)伸出，準(zhǔn)備定位凸輪軸，氣缸3帶動(dòng)穿軸頂桿1伸出，氣缸9縮回，松開(kāi)凸輪軸，將凸輪軸自由的放置到精定位機(jī)構(gòu)上的V型塊中，使凸輪軸中心和罩蓋孔的中心重合。氣缸6伸出，帶著推套8繼續(xù)前行，將凸輪軸準(zhǔn)確、無(wú)磕碰地推到罩蓋的配合孔中，完成裝配工作。

結(jié)束語(yǔ)

凸輪軸裝配機(jī)是一臺(tái)全自動(dòng)的設(shè)備，能夠準(zhǔn)確可靠的實(shí)現(xiàn)裝配功能，能夠保證做出的產(chǎn)品100%合格。用戶已經(jīng)投入生產(chǎn)，實(shí)踐證明設(shè)備生產(chǎn)效率高，壓裝的質(zhì)量好。大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)能力和競(jìng)爭(zhēng)力，符合社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展要求。

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