缸蓋半自動(dòng)氣門導(dǎo)管座圈壓裝機(jī)的設(shè)計(jì)

李連文，肖 杰，張 濤

（1.濟(jì)南中正金碼科技有限公司，山東 濟(jì)南 250101；2.濟(jì)南易久自動(dòng)化技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

引言

在壓裝裝配方面，伺服壓裝的方式相比傳統(tǒng)的液壓壓裝設(shè)備在節(jié)能環(huán)保和精確控制方面的優(yōu)勢(shì)是明顯的，節(jié)能環(huán)保方面伺服壓裝機(jī)采用的是伺服馬達(dá)，其待機(jī)狀態(tài)下，馬達(dá)是不轉(zhuǎn)的，而且在壓裝過程中，速度是變化的，功率也是變化的，而普通液壓機(jī)，待機(jī)過程中馬達(dá)一直在轉(zhuǎn)，需要消耗一定的電量，在工作中也是恒速轉(zhuǎn)動(dòng)，耗電量相比會(huì)高些。普通馬達(dá)和伺服馬達(dá)相比，噪音也會(huì)偏大些。精確控制方面，伺服壓裝機(jī)在一定范圍內(nèi)可任意設(shè)定多段沖程速度、精確位移停止、精確到位停止、精確到達(dá)壓力停止等[1-2]。而普通液壓機(jī)則受管路和閥體及油缸缸體的密封性影響，不可能有很高的精度控制，且很多是借助機(jī)械限位來實(shí)現(xiàn)，若要接近電子壓力機(jī)控制的精度，設(shè)備成本會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電子壓力機(jī)而且控制更加復(fù)雜[3-4]。缸蓋半自動(dòng)氣門導(dǎo)管座圈壓裝機(jī)因?yàn)槠涓咝詢r(jià)比，智能化、更高的工作性能等優(yōu)勢(shì)，被汽車制造企業(yè)逐漸重視了起來，并在智能壓裝生產(chǎn)線上得到了有效的運(yùn)用。

1 設(shè)備概述

缸蓋半自動(dòng)氣門導(dǎo)管座圈壓裝機(jī)由C 型壓機(jī)主體、導(dǎo)管壓頭機(jī)構(gòu)、座圈壓頭機(jī)構(gòu)、缸蓋定位滑臺(tái)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)管上料機(jī)構(gòu)、導(dǎo)管涂油機(jī)構(gòu)、防護(hù)組件、氣動(dòng)系統(tǒng)及電控部分等組成。電氣控制系統(tǒng)主要由伺服壓裝系統(tǒng)、PLC 系統(tǒng)、人機(jī)界面系統(tǒng)及其它電氣元件組成。設(shè)備外觀見圖1。

2 設(shè)備組成

2.1 C 型壓機(jī)主體

C 型壓機(jī)主體（如圖2 所示）由機(jī)架及臺(tái)板組成，二者構(gòu)成伺服壓機(jī)的主體結(jié)構(gòu)（C 型）。C 型結(jié)構(gòu)是常用的一種機(jī)械安裝結(jié)構(gòu)，以其體積小，空間緊湊而被經(jīng)常用于緊湊設(shè)備中。此設(shè)備我們圍繞C 型主體，布置了相關(guān)的氣動(dòng)元件和防護(hù)組件，防護(hù)組件的主要內(nèi)容由鋁型材、防護(hù)板、安全光柵、三色燈等部分構(gòu)成，起到提示設(shè)備故障、保障人身安全的作用。設(shè)備操作工位安裝有安全光柵，以保護(hù)操作人員的安全[2]。

氣動(dòng)元件是整個(gè)設(shè)備氣缸動(dòng)作的執(zhí)行部位，為氣門導(dǎo)管座圈壓裝過程提供輔助支撐，確保工件定位。

2.2 導(dǎo)管壓頭機(jī)構(gòu)

如下頁(yè)圖3 所示，導(dǎo)管壓頭機(jī)構(gòu)是設(shè)備核心壓裝機(jī)構(gòu)之一，由于發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)氣、排氣孔位置不同，因此布置了兩組壓頭對(duì)應(yīng)不同的高度位置進(jìn)行壓裝，通過氣缸切換不同的壓頭，配合伺服電缸完成不同位置導(dǎo)管的壓裝。導(dǎo)管壓頭切換機(jī)構(gòu)采用直線導(dǎo)軌導(dǎo)向，兩端安裝有限位機(jī)構(gòu)，可以確保壓頭位置切換時(shí)位置的準(zhǔn)確可靠。

壓裝時(shí)，導(dǎo)管從缸蓋燃燒室面壓入，壓裝開始前期壓頭行程由伺服壓機(jī)通過導(dǎo)管壓桿控制，導(dǎo)管穿過缸蓋露出彈簧座面此時(shí)導(dǎo)管推動(dòng)導(dǎo)桿克服彈簧的作用力，在軸承套內(nèi)移動(dòng)，軸承套選擇自潤(rùn)滑型號(hào)；當(dāng)壓頭將導(dǎo)管壓入后，伺服壓機(jī)內(nèi)置傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前的壓裝力，當(dāng)壓裝力達(dá)到設(shè)定值的時(shí)候，伺服壓機(jī)停止并返回，彈簧推動(dòng)導(dǎo)管壓桿復(fù)位，壓頭退回過程中導(dǎo)桿單元在彈簧力的作用下恢復(fù)到原始的上料位置，伺服壓機(jī)繼續(xù)退回直到原位，從而一個(gè)壓裝循環(huán)完成。

伺服電缸通過壓導(dǎo)管壓桿，從而將導(dǎo)管壓入缸蓋孔內(nèi)。該機(jī)構(gòu)為配合完成座圈的壓裝，增加了承力塊切換機(jī)構(gòu)。壓裝座圈時(shí)，需要該機(jī)構(gòu)承受壓裝力，此時(shí)承力塊切換氣缸下降，將承力塊插入導(dǎo)管壓頭內(nèi)，此時(shí)導(dǎo)管壓桿只能壓在承力塊上，不會(huì)壓到導(dǎo)管，從而可以承受壓裝時(shí)的壓裝力。

2.3 座圈壓頭機(jī)構(gòu)

如圖4 所示，座圈壓頭機(jī)構(gòu)是設(shè)備另一核心壓裝機(jī)構(gòu)，座圈壓頭機(jī)構(gòu)與與導(dǎo)管壓頭機(jī)構(gòu)整體形式及動(dòng)作基本一致。該處不再對(duì)此部分進(jìn)行詳細(xì)描述，只對(duì)增加的部分進(jìn)行介紹。該機(jī)構(gòu)上安裝了兩套座圈上料機(jī)構(gòu)，由人工將座圈放入，用于存放需要壓裝的座圈。為縮短人工放料時(shí)手臂的伸出長(zhǎng)度，方便上料，其中一套上方還安裝了供料系統(tǒng)，只需將座圈放入滑道內(nèi)，座圈即可自動(dòng)落入上料機(jī)構(gòu)內(nèi)部。座圈壓裝時(shí)，由壓頭將座圈頂出，座圈即可自動(dòng)套在壓頭上，從而可以直接進(jìn)行座圈的壓裝。上料機(jī)構(gòu)前方安裝由擋板，由扭簧進(jìn)行壓緊，可以確保座圈可靠地套在壓頭上。

系統(tǒng)中的導(dǎo)管上料機(jī)構(gòu)用于將導(dǎo)管搬運(yùn)至壓頭上，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管的上料。該機(jī)構(gòu)由橫移、升降兩套電缸組成，用于實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)位的上料功能。導(dǎo)管保持機(jī)構(gòu)內(nèi)的導(dǎo)管通過推料氣缸推出，進(jìn)入壓頭內(nèi)部。

2.4 缸蓋定位滑臺(tái)機(jī)構(gòu)

圖5 所示，缸蓋定位滑臺(tái)機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)缸蓋進(jìn)行移動(dòng)，配合導(dǎo)管、座圈壓頭機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同位置導(dǎo)管、座圈的壓裝。定位機(jī)構(gòu)上布置有兩個(gè)定位銷，對(duì)缸蓋進(jìn)行定位，同時(shí)在上料位置有舉升機(jī)構(gòu)，吊裝時(shí)將缸蓋吊裝到舉升機(jī)構(gòu)上，然后落入定位工裝上。缸蓋的移動(dòng)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)+直線導(dǎo)軌導(dǎo)向，可以確保移動(dòng)位置的準(zhǔn)確、可靠。

2.5 導(dǎo)管涂油機(jī)構(gòu)

如圖6 所示，該機(jī)構(gòu)采用彈夾式形式儲(chǔ)存導(dǎo)管，通過下方的氣缸將導(dǎo)管一次推出一個(gè)，推至導(dǎo)管上料機(jī)構(gòu)內(nèi)。潤(rùn)滑塊與電動(dòng)潤(rùn)滑泵連接，內(nèi)部安裝有海綿用于儲(chǔ)存油，導(dǎo)管被推出的經(jīng)過潤(rùn)滑塊的過程中即可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管涂油。

本機(jī)構(gòu)自動(dòng)完成導(dǎo)管涂油工作，便于控制涂油量，提高涂油的工作效率，有利于操作人員設(shè)備的工作情況進(jìn)行檢測(cè)，提高安全性能，且使用周期長(zhǎng)。

2.6 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

控制系統(tǒng)主要由伺服壓裝系統(tǒng)、PLC、操作按鈕等組成。本系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的所有電氣元器件進(jìn)行控制，接受操作命令，按照設(shè)計(jì)程序和操作指令完成控制動(dòng)作，顯示執(zhí)行結(jié)果。缸蓋半自動(dòng)氣門導(dǎo)管座圈壓裝機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)采用觸摸一體機(jī)的人機(jī)交流方式，可實(shí)現(xiàn)設(shè)定、操作、監(jiān)控、防錯(cuò)、品質(zhì)、故障診斷和報(bào)警等操作模式。其自動(dòng)控制的人機(jī)界面和測(cè)量系統(tǒng)界面采用中文。設(shè)備可選擇自動(dòng)操作，也可以選擇單步手動(dòng)操作。自動(dòng)操作采用單手啟動(dòng)，急停按鈕控制伺服電缸的緊急停止，按下急停后會(huì)切斷伺服電機(jī)電源，伺服電缸停止動(dòng)作。

3 結(jié)語

隨著科技水平的提高，工廠對(duì)于設(shè)備裝配精度和可靠性的要求越來越高，壓裝生產(chǎn)方面，伺服壓裝系統(tǒng)在各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工位的應(yīng)用越來越多，本設(shè)計(jì)提供了一種缸蓋半自動(dòng)氣門導(dǎo)管座圈壓裝方法，同時(shí)也為其他類似壓裝設(shè)備的設(shè)計(jì)提供參考。