卡鉗活塞自動壓裝工作站的設(shè)計

□ 姜 云 □ 周 健

青島新松機(jī)器人自動化有限公司 山東青島 266000

1 設(shè)計背景

汽車卡鉗分為前制動卡鉗和后制動卡鉗兩種,區(qū)別在于后制動卡鉗兼具駐車功能。汽車卡鉗活塞防塵罩一般有兩種形式。第一種帶金屬骨架,需要使用一定壓力壓入防塵罩槽。第二種是無骨架結(jié)構(gòu),整個防塵罩為橡膠材質(zhì)。卡鉗生產(chǎn)過程中,一般先將無骨架防塵罩安裝到位,然后對活塞進(jìn)行涂油后放于壓頭上,在壓裝過程中吹氣,使防塵罩爆開,實(shí)現(xiàn)活塞的壓入。

目前,由于無骨架式防塵罩壓入活塞的工序較多,且作業(yè)過程中需要進(jìn)行檢查的事項(xiàng)較多,國內(nèi)關(guān)于無骨架式防塵罩活塞的壓入主要由人工完成。對此,設(shè)計了卡鉗活塞自動壓裝工作站,主要用于自動駐車用后制動卡鉗活塞組件自動壓入,能實(shí)現(xiàn)活塞組件自動上料、檢測、涂油、壓裝等工序,滿足無人化生產(chǎn)。

2 工藝流程

需要安裝的工件為后制動卡鉗活塞組件,活塞組件包括活塞、螺桿、平墊片、平面軸承、O形圈。螺桿和活塞的配合存在一定角度晃動。要求活塞組件自動上料,檢測活塞組件漏裝和錯裝。活塞外壁在壓裝前要進(jìn)行涂油。壓裝活塞組件前,卡鉗已完成無骨架防塵罩安裝。工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

3 具體設(shè)計

卡鉗活塞自動壓裝工作站三維模型如圖2所示。

圖2 卡鉗活塞自動壓裝工作站三維模型

結(jié)合圖2說明工作站的機(jī)構(gòu)和原理。工作站包括電控系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、工作站框架、塔燈、人機(jī)界面、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。執(zhí)行機(jī)構(gòu)細(xì)分為振動盤、桁架機(jī)械手一、視覺相機(jī)一、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、油泵、涂油機(jī)構(gòu)、桁架機(jī)械手二、壓裝機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、吹爆機(jī)構(gòu)、視覺相機(jī)二。

活塞組件使用振動盤自動上料,切料機(jī)構(gòu)對活塞組件進(jìn)行分料。桁架機(jī)械手一抓取活塞組件至固定位置,使用視覺相機(jī)一拍照,進(jìn)行活塞組件防錯。桁架機(jī)械手一將活塞組件放至旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上,利用油泵進(jìn)行供油,由噴霧閥進(jìn)行定量控制。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動活塞組件旋轉(zhuǎn),涂油機(jī)構(gòu)對活塞組件外壁均勻涂油。桁架機(jī)械手二自涂油機(jī)構(gòu)抓取活塞組件,放至壓裝機(jī)構(gòu)浮動壓頭處。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)伸出對活塞組件導(dǎo)向,壓裝機(jī)構(gòu)自動壓裝活塞組件到位,此過程壓機(jī)可以監(jiān)控壓裝是否合格。壓裝過程中,吹氣將無骨架防塵罩吹爆,視覺相機(jī)二檢測吹爆效果。視覺相機(jī)二和壓機(jī)配合,完成自動壓裝。

振動盤上料如圖3所示。由人工將活塞組件放入料盤,料盤旋轉(zhuǎn),利用離心原理將活塞送入直線料道。直線料道由電機(jī)驅(qū)動,可以向前輸送活塞組件。活塞組件擠壓,將第一個活塞送入分料機(jī)構(gòu)。傳感器檢測到活塞組件之后,分料機(jī)構(gòu)由氣缸驅(qū)動,將活塞組件切出,便于后續(xù)桁架機(jī)械手一抓取。料盤裝有傳感器,當(dāng)物料不足時可以報警,提醒人工放料。

圖3 振動盤上料

為了節(jié)省安裝空間,桁架機(jī)械手一和桁架機(jī)械手二共用一個框架。桁架機(jī)械手如圖4所示。桁架機(jī)械手一負(fù)載較重,X軸方向選用兩根導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)向,由伺服電機(jī)驅(qū)動,滾珠絲杠傳動,保證抓手位置的精確。X軸方向兩端極限位置安裝限位傳感器,用于防止移動過程超出行程。在桁架機(jī)械手一取料位置、拍照位置、放料位置均安裝位置傳感器,用于進(jìn)行位置確認(rèn)。Z軸方向使用滑臺氣缸實(shí)現(xiàn)移動,使用夾爪氣缸實(shí)現(xiàn)抓取。桁架機(jī)械手二在X軸方向使用伺服電機(jī)驅(qū)動,直線模組進(jìn)行傳動導(dǎo)向。Z軸方向使用滑臺氣缸實(shí)現(xiàn)移動,使用夾爪氣缸實(shí)現(xiàn)抓取。兩套桁架機(jī)械手可以精確穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)活塞組件的取放。

圖4 桁架機(jī)械手

旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如圖5所示,涂油機(jī)構(gòu)如圖6所示。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和涂油機(jī)構(gòu)配合完成活塞組件外壁涂油。活塞組件放在活塞座上,伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動活塞組件轉(zhuǎn)動。電缸移動噴霧閥至要求位置,噴霧閥打開,完成涂油。工作站可以滿足固態(tài)油脂和液態(tài)油兩種形式的噴涂。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上設(shè)有接油盒,可以收集噴濺的油液。涂油機(jī)構(gòu)豎直方向可以通過調(diào)整限位塊實(shí)現(xiàn)不同高度的作業(yè)要求,限位塊處安裝位置傳感器進(jìn)行監(jiān)控。可以實(shí)現(xiàn)活塞外壁的精確定量涂油,涂油效果均勻,能滿足生產(chǎn)要求。

圖5 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

圖6 涂油機(jī)構(gòu)

壓裝機(jī)構(gòu)如圖7所示,導(dǎo)向機(jī)構(gòu)如圖8所示。桁架機(jī)械手二將活塞組件放在浮動壓頭上,伺服壓機(jī)移動至固定位置。導(dǎo)向桿伸出,插入活塞組件螺桿圓孔處。吹爆機(jī)構(gòu)進(jìn)行配氣,將防塵罩吹爆。配合視覺相機(jī)二判斷防塵罩是否完全吹爆。防塵罩完全吹爆后,伺服壓機(jī)繼續(xù)伸出,導(dǎo)向桿同時縮回,確保活塞組件可以在承受一定范圍的壓力內(nèi)安裝到位。

圖7 壓裝機(jī)構(gòu)

圖8 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)

壓裝過程中,伺服壓機(jī)可以進(jìn)行力和位移的監(jiān)控。如壓裝力超出或低于限定值,則判定壓裝不合格。壓裝過程中,卸力壓頭作用于卡鉗,確保活塞組件和卡鉗安裝過程中可以產(chǎn)生力的作用。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證,工作站壓裝合格率高,可以有效監(jiān)控壓裝過程,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配過程的數(shù)據(jù)追溯,完全滿足生產(chǎn)要求,極大提高生產(chǎn)效率。

4 結(jié)束語

卡鉗活塞作為汽車制動過程的關(guān)鍵執(zhí)行零部件,裝配質(zhì)量好壞直接關(guān)系到汽車緊急制動的效果。卡鉗活塞自動壓裝工作站可以實(shí)現(xiàn)活塞組件裝配的全自動化,依托于各種傳感器、視覺相機(jī)等對裝配質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控,能夠有效提升生產(chǎn)效率,保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。