發(fā)動(dòng)機(jī)移栽桁架機(jī)械手的適應(yīng)性設(shè)計(jì)與改造

馬金衛(wèi)，張 鋒，盧浩鵬

（一拖（洛陽）柴油機(jī)有限公司，河南洛陽 471004）

0 引言

某發(fā)動(dòng)機(jī)移栽桁架機(jī)械手隨動(dòng)端與缸體多次產(chǎn)生干涉，導(dǎo)致機(jī)械手無法拔出、帶動(dòng)缸體脫離定位位置，進(jìn)而導(dǎo)致缸體頂面劃傷、缸體報(bào)廢。分析認(rèn)為，這主要是由于隨動(dòng)端以油堵作為防轉(zhuǎn)位置，因底孔加工位置精度不高，導(dǎo)致油堵與夾具產(chǎn)生過定位。為消除該故障，必須進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)。

1 查看故障現(xiàn)象

（1）通過現(xiàn)場觀察可以看到，發(fā)動(dòng)機(jī)移栽桁架機(jī)械手隨動(dòng)端與缸體多次產(chǎn)生干涉，導(dǎo)致機(jī)械手無法拔出，帶動(dòng)缸體脫離定位位置，致使缸體在提升機(jī)內(nèi)傾翻，進(jìn)而導(dǎo)致缸體頂面劃傷、缸體定位銷孔破裂，已經(jīng)完成部分裝配的機(jī)體徹底報(bào)廢。

（2）典型故障過程：在發(fā)動(dòng)機(jī)移栽桁架運(yùn)行過程中，當(dāng)桁架完成抓取和移位進(jìn)入放料位后，機(jī)械手利用氣動(dòng)裝置進(jìn)行打開放置動(dòng)作，當(dāng)桁架機(jī)械手夾具主動(dòng)側(cè)已成功拔出，此時(shí)突然出現(xiàn)隨動(dòng)側(cè)卡爪與缸體發(fā)生干涉、難以分離，機(jī)械手將缸體拖離定位銷，現(xiàn)場維修人員必須利用撬杠將其分離。

（3）該故障的后果主要有：①造成較長時(shí)間的設(shè)備停機(jī)，影響生產(chǎn)節(jié)拍；②造成缸體頂面的磨損劃痕，導(dǎo)致缸體報(bào)廢；③導(dǎo)致缸體堵頭變形，特別是螺紋的變形，影響堵頭的密封性，成為整機(jī)性能質(zhì)量隱患。

2 故障原因分析

2.1 桁架機(jī)械手夾具動(dòng)作原理

（1）經(jīng)過預(yù)裝的缸體部件，進(jìn)入提升機(jī)后由舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行托盤定位，上升至機(jī)械手抓取位置后由桁架機(jī)械手進(jìn)行抓取。

（2）夾具在夾緊后機(jī)械手驅(qū)動(dòng)夾具攜帶缸體進(jìn)行180°翻轉(zhuǎn)，在翻轉(zhuǎn)過程中，缸體兩側(cè)分別由電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)側(cè)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)、隨動(dòng)側(cè)進(jìn)行隨動(dòng)翻轉(zhuǎn)。

（3）翻轉(zhuǎn)完成后，桁架機(jī)械手將缸體放置在內(nèi)裝上線提升機(jī)上面已完成定位的托盤上，在托盤定位銷插入缸體后松開到位。

（4）內(nèi)裝上線提升機(jī)帶缸體下落進(jìn)入內(nèi)裝線，主動(dòng)側(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)復(fù)位，隨動(dòng)側(cè)由隨動(dòng)氣缸推動(dòng)旋轉(zhuǎn)復(fù)位。

2.2 隨動(dòng)側(cè)工作原理

利用大圓銷定位曲孔，利用增加的圓孔同時(shí)定位堵頭，利用隨動(dòng)板定位板定位缸體端面，相當(dāng)于是一面兩銷定位。從圖1可知，堵頭定位插孔機(jī)構(gòu)是后來加裝的，其設(shè)計(jì)原理是：由于旋轉(zhuǎn)中心與曲孔中心不同心，隨動(dòng)側(cè)僅有一個(gè)曲孔定位銷，在翻轉(zhuǎn)過程中缸體與隨動(dòng)板可能發(fā)生相對(duì)扭動(dòng)，導(dǎo)致翻轉(zhuǎn)歪斜，因此設(shè)計(jì)堵頭定位孔避免相對(duì)運(yùn)動(dòng)。但該處防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求較高，必須有足夠的插銷配合精度來滿足防轉(zhuǎn)需求，又必須有一定余量來保證插銷的兼容性。

圖1 桁架機(jī)械手夾具

2.3 故障原因

（1）“兩銷”之一堵頭，本身其底孔在缸體上的位置度要求不高，導(dǎo)致其安裝后露出部分的位置精度同樣不高，因此必然會(huì)產(chǎn)生過定位現(xiàn)象，也就是嚴(yán)重干涉導(dǎo)致擠死的問題，導(dǎo)致機(jī)械手夾具無法脫離機(jī)體，產(chǎn)生設(shè)備故障。（2）用于定位堵頭的機(jī)構(gòu)沒有安裝定位銷，只用了兩個(gè)螺釘進(jìn)行緊固，在多次受到轉(zhuǎn)向力后位置度難以保證。

3 制定解決方案

制定了兩個(gè)解決方案，具體見表1。

表1 兩個(gè)方案對(duì)比

通過查閱缸體加工圖紙，證實(shí)LR系列缸體與YT系列缸體在該位置的尺寸保持一致，即方案2可行。綜合兩個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇方案2。

4 方案實(shí)施

4.1 重新設(shè)計(jì)隨動(dòng)板

對(duì)比YT系列與LR系列缸體Ф20 mm銷孔位置及結(jié)構(gòu)、精度情況：兩種機(jī)型銷孔相對(duì)曲孔的位置都是65 mm和210 mm；兩個(gè)系列缸體銷孔的深度都是15 mm，并且位置度為0.06 mm；根據(jù)定位銷孔位置設(shè)計(jì)改造原有隨動(dòng)板，由于原隨動(dòng)板設(shè)計(jì)較小，因此將隨動(dòng)板進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

首先，由于兩個(gè)系列缸體的曲孔中心高參數(shù)一致，因此保留了原有隨動(dòng)板曲孔定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

其次，根據(jù)其定位銷孔的位置設(shè)計(jì)隨動(dòng)板為兩側(cè)展翼的整體設(shè)計(jì)，根據(jù)缸體的外形進(jìn)行內(nèi)縮，這樣就能夠保證隨動(dòng)板在運(yùn)動(dòng)過程中始終不超出缸體外形范圍，避免運(yùn)動(dòng)干涉。

最后，在與缸體定位銷孔對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行鉆孔加工，在圖紙上明確兩個(gè)定位孔的位置精度保證在0.06 mm以內(nèi)，通過利用數(shù)控加工中心進(jìn)行高精度定位加工保證位置精度，同時(shí)這樣整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、25 mm的厚度大大提升了隨動(dòng)板的整體強(qiáng)度，有效保證機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4.2 模擬定位安裝

利用電子圖紙中設(shè)計(jì)的隨動(dòng)板、發(fā)動(dòng)機(jī)及托盤進(jìn)行模擬定位安裝，發(fā)現(xiàn)其中隨動(dòng)板的下半部在進(jìn)行抓取四缸機(jī)型動(dòng)作時(shí)仍會(huì)與托盤上面的定位銷產(chǎn)生干涉的情況而六缸機(jī)型則不存在。并且當(dāng)抓取機(jī)型為YT系列缸體時(shí)與其他機(jī)型相比干涉部位則又存在較大區(qū)別；通過多次全機(jī)型比較干涉位置，決定對(duì)設(shè)計(jì)的隨動(dòng)板進(jìn)行二次優(yōu)化設(shè)計(jì)。

根據(jù)模擬裝車情況對(duì)隨動(dòng)板底部進(jìn)行優(yōu)化：托盤定位銷的整體高度為16 mm，如果直接將隨動(dòng)板底部進(jìn)行去除，則兩端隨動(dòng)定位銷孔將同時(shí)被去除，機(jī)構(gòu)將失去設(shè)計(jì)意義；在對(duì)應(yīng)干涉位置開取防干涉槽直接避讓托盤定位銷，但在進(jìn)行多機(jī)型轉(zhuǎn)換過程中，托盤需要回轉(zhuǎn)180°而托盤定位銷為非對(duì)稱設(shè)計(jì)，則仍可能發(fā)生干涉的問題。因此針對(duì)機(jī)型兼容，將隨動(dòng)板下部中間高度20 mm部分去除；針對(duì)四、六缸轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的多余部分，將隨動(dòng)板下部兩側(cè)的外形更改為大圓角，消除干涉多余部分避免干涉情況發(fā)生。

4.3 設(shè)計(jì)隨動(dòng)定位銷

隨動(dòng)定位銷的設(shè)計(jì)思路主要是：在能充分達(dá)到定位效果的基礎(chǔ)上保證機(jī)械手在抓取、翻轉(zhuǎn)、釋放過程中不與其他機(jī)構(gòu)產(chǎn)生干涉。

首先為保證其定位效果同時(shí)考慮設(shè)備、零件的尺寸鏈精度，通過計(jì)算后得出該部位的定位精度應(yīng)在0～0.25 mm，因此將隨動(dòng)定位銷外圓公差設(shè)計(jì)為-0.20至-0.30，同時(shí)前端設(shè)計(jì)30°倒角，將接觸部分表面光潔度設(shè)計(jì)至0.8μm以保證在作業(yè)中盡量減少抓取阻力；之后對(duì)隨動(dòng)定位銷長度進(jìn)行綜合考慮，由于缸體Ф20 mm定位銷孔的有效深度只有15 mm，再參考機(jī)械手打開后隨動(dòng)板距離缸體端面為45 mm，因此制作隨動(dòng)定位銷的有效部分長度為10 mm，后端軸向定位軸肩部分厚度為5 mm。這樣隨動(dòng)定位銷在機(jī)械手進(jìn)行抓取動(dòng)作時(shí)就能夠有效進(jìn)行插銷定位、在翻轉(zhuǎn)時(shí)起到消除由于回轉(zhuǎn)中心與曲孔中心不一致產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)扭矩、保證轉(zhuǎn)位位置精度的作用。

設(shè)計(jì)隨動(dòng)定位銷與隨動(dòng)板連接以隨動(dòng)板定位孔為基準(zhǔn)，隨動(dòng)定位銷后端設(shè)計(jì)M8的螺紋孔，利用隨動(dòng)定位銷軸肩后部與隨動(dòng)板貼合進(jìn)行軸向定位、利用隨動(dòng)定位銷后部外圓與隨動(dòng)板定位孔的小間隙配合進(jìn)行徑向定位、用M8的螺釘配合制作的大端面墊片將隨動(dòng)定位銷緊緊的固定在隨動(dòng)板上。

5 項(xiàng)目驗(yàn)證與改進(jìn)效果

通過同時(shí)安裝兩個(gè)隨動(dòng)定位銷對(duì)隨動(dòng)板回轉(zhuǎn)位置進(jìn)行精確調(diào)整，在試抓取順利完成后去除其中一個(gè)隨動(dòng)定位銷，以防止后期過定位產(chǎn)生干涉。通過為期十天的在線驗(yàn)證，新的機(jī)械手設(shè)計(jì)完全實(shí)現(xiàn)了兼容目前生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型，在對(duì)LR四缸、LR六缸、YT三大系列機(jī)型進(jìn)行抓取時(shí)都能夠做到順利、準(zhǔn)確、穩(wěn)定。在高負(fù)荷作業(yè)情況下，徹底消除了因?yàn)闄C(jī)械手夾具干涉導(dǎo)致的設(shè)備故障，并且為車間消除了安裝與拆卸工藝螺堵兩個(gè)工步，切實(shí)有效地提高了裝配效率。