發(fā)動(dòng)機(jī)線(xiàn)上氣缸蓋氣門(mén)油封自動(dòng)壓裝設(shè)備結(jié)構(gòu)分析

李勝君

（廣州市嘉特斯機(jī)電制造有限公司，廣東廣州510850）

0 引言

氣門(mén)油封是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋上的一個(gè)重要元件，一般由外骨架和氟橡膠共同硫化而成，油封徑口部安裝有自緊彈簧。氣門(mén)油封用于發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)導(dǎo)桿的密封，其裝配質(zhì)量直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。

通常氣門(mén)油封裝配有兩種方式：（1）裝配工人通過(guò)工裝來(lái)裝配；（2）半自動(dòng)方式，通過(guò)人工排料設(shè)備進(jìn)行壓裝。

傳統(tǒng)的人工加工裝裝配效率低，人工強(qiáng)度大，已淘汰；半自動(dòng)的壓裝方式很多發(fā)動(dòng)機(jī)廠(chǎng)家也認(rèn)為效率不理想。為此，我單位為某發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家設(shè)計(jì)了一臺(tái)全自動(dòng)氣門(mén)油封壓裝機(jī)，該設(shè)備運(yùn)行至今兩年多一直很穩(wěn)定，受到廠(chǎng)家好評(píng)。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)線(xiàn)上全自動(dòng)氣門(mén)油封壓裝設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)

（1）油封壓裝深度需按圖紙要求，要保證Cpk為1.33以上。

（2）壓裝后的油封無(wú)損傷，氣門(mén)導(dǎo)管無(wú)損傷。

（3）節(jié)拍：30 s/件。

（4）操作方式全自動(dòng)/半自動(dòng)可選擇。

（5）設(shè)備可自動(dòng)識(shí)別機(jī)型。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)線(xiàn)上全自動(dòng)氣門(mén)油封壓裝設(shè)備基本工作條件

此設(shè)備位于發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線(xiàn)上，必須滿(mǎn)足下列環(huán)境條件及技術(shù)指標(biāo)要求：

（1）運(yùn)行電源滿(mǎn)足GB/T 4720—1984《電控設(shè)備第1部分：低壓電器電控設(shè)備》的要求：AC 380 V（±10%），50 Hz（±2%）。

（2）運(yùn)行環(huán)境溫度滿(mǎn)足GB/T4720—1984的要求：-10～40℃。

（3）運(yùn)行相對(duì)濕度滿(mǎn)足GB/T 4720—1984的要求：≤95%。

（4）運(yùn)行供給氣源：0.6 MPa±20%。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)線(xiàn)上全自動(dòng)氣門(mén)油封壓裝機(jī)的工作流程

此設(shè)備可通過(guò)兩種方式操作，一種為全自動(dòng)模式，一種為半自動(dòng)模式。全自動(dòng)模式為油封自動(dòng)上料，壓頭自動(dòng)取料，自動(dòng)壓裝；半自動(dòng)模式為人工上氣門(mén)油封，壓頭自動(dòng)取料，自動(dòng)壓裝。

3.1 全自動(dòng)流程

設(shè)備自動(dòng)讀取RFID識(shí)別機(jī)型→輥道輸送托盤(pán)到位阻擋→舉升機(jī)構(gòu)舉起工件及托盤(pán)脫離輥道→工件及托盤(pán)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)角度至排氣側(cè)導(dǎo)管端面與壓頭垂直→油封自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)排序8個(gè)油封進(jìn)行噴油并滑動(dòng)到指定位置→油封壓裝機(jī)構(gòu)自動(dòng)取8個(gè)油封并移到工件排氣導(dǎo)管中心上方→油封壓裝機(jī)構(gòu)壓裝排氣側(cè)油封→油封壓裝機(jī)構(gòu)上升回到油封上料處→油封自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)排序8個(gè)油封進(jìn)行噴油并滑動(dòng)到指定位置→工件及托盤(pán)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)角度至進(jìn)氣側(cè)導(dǎo)管端面與壓頭垂直→油封壓裝機(jī)構(gòu)取8個(gè)油封并移到工件進(jìn)氣側(cè)導(dǎo)管中心上方→油封壓裝機(jī)構(gòu)壓裝進(jìn)氣側(cè)油封→油封壓裝機(jī)構(gòu)復(fù)位→翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)復(fù)位→舉升機(jī)構(gòu)復(fù)位→阻擋器放行→輥道輸送工件及托盤(pán)流入下一工序。

3.2 半自動(dòng)流程

人工將16個(gè)油封沾上油后放至設(shè)備設(shè)置的半自動(dòng)油封取料工位，設(shè)備自動(dòng)讀取RFID識(shí)別機(jī)型→輥道輸送托盤(pán)到位阻擋→舉升機(jī)構(gòu)舉起工件及托盤(pán)脫離輥道→工件及托盤(pán)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)角度至排氣側(cè)導(dǎo)管端面與壓頭垂直→油封壓裝機(jī)構(gòu)取8個(gè)油封并移到工件排氣導(dǎo)管中心上方→油封壓裝機(jī)構(gòu)壓裝排氣側(cè)油封→油封壓裝機(jī)構(gòu)上升回到油封半自動(dòng)上料處→工件及托盤(pán)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)角度至進(jìn)氣側(cè)導(dǎo)管端面與壓頭垂直→油封壓裝機(jī)構(gòu)取8個(gè)油封并移到工件進(jìn)氣側(cè)導(dǎo)管中心上方→油封壓裝機(jī)構(gòu)壓裝進(jìn)氣側(cè)油封→油封壓裝機(jī)構(gòu)復(fù)位→翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)復(fù)位→舉升機(jī)構(gòu)復(fù)位→阻擋器放行→輥道輸送工件及托盤(pán)流入下一工序。

4 基于工作環(huán)境條件、技術(shù)指標(biāo)及流程的整體設(shè)計(jì)布局

4.1 設(shè)備機(jī)體組件

油封自動(dòng)壓裝機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 油封自動(dòng)壓裝機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

機(jī)體組件是整臺(tái)設(shè)備的基礎(chǔ)，是各功能得以實(shí)現(xiàn)的根本，因此首先必須保證機(jī)體組件剛性足夠，這里機(jī)座采用型鋼整體焊接，在一些重要的連接處增加筋板，退火后再經(jīng)過(guò)銑床、加工中心、鉆床等等一系列的機(jī)加工，最后進(jìn)行表面噴涂等工藝才完成。設(shè)備機(jī)體組采用防震墊鐵支撐，通過(guò)緊固螺栓與防震墊鐵及地基固定。

4.2 缸蓋及托盤(pán)舉升定位機(jī)構(gòu)及翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

升降采用氣缸加4個(gè)導(dǎo)桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的方式，翻轉(zhuǎn)采用的是伺服驅(qū)動(dòng)，夾具部分含有精定位的定位銷(xiāo)、精加工的夾具底板、壓裝受力的支撐座、要求精度需配磨的翻轉(zhuǎn)限位座以及夾具支撐機(jī)構(gòu)等。此機(jī)構(gòu)與機(jī)體組件是定位銷(xiāo)精準(zhǔn)定位，在壓裝時(shí)，精確的定位銷(xiāo)保證了工件及托盤(pán)每次舉升、翻轉(zhuǎn)及壓裝位置的一致性，這是整個(gè)機(jī)床的基準(zhǔn)精度，是設(shè)備穩(wěn)定性的基礎(chǔ)之一和壓裝質(zhì)量的保證。

4.3 油封壓裝機(jī)構(gòu)

此部分由電缸、帶浮動(dòng)機(jī)構(gòu)的油封壓頭組件、壓頭自動(dòng)變位組件、導(dǎo)向組件及檢測(cè)組件等組成。

壓頭有自動(dòng)導(dǎo)正及高度調(diào)整和限位功能，可以消除工件一側(cè)8個(gè)導(dǎo)管中心位置的位置度公差，可以消除高度公差，可以保證壓裝深度一致性，這是順暢無(wú)損傷壓裝且保證壓裝效果的最佳方案。

壓頭自動(dòng)變位組件可以改變8組獨(dú)立小壓頭組件的間距，滿(mǎn)足進(jìn)排氣位置變化，檢測(cè)組件可以檢測(cè)電缸位置及壓裝次數(shù)，防止多次壓裝。

4.4 油封自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)

采用目前常用的振動(dòng)排列方式，將氣門(mén)油封倒入設(shè)定的油封料斗內(nèi)，料斗至少可容納4 h工作量的油封，經(jīng)過(guò)圓形振動(dòng)盤(pán)，對(duì)大小不一、姿態(tài)不正確的油封進(jìn)行剔料，保證排列出來(lái)的油封尺寸在合格范圍內(nèi)，且姿態(tài)一致，再經(jīng)過(guò)直線(xiàn)振動(dòng)器排列到料槽上，料槽分4個(gè)料口排出油封。噴油組件帶細(xì)孔噴油針頭將會(huì)從上而下壓入前排油封內(nèi)部，進(jìn)行噴油，為了控制油量和噴涂均勻，在油路上安裝了定量的分流塊，并且分流塊可通氣將油霧化，從而使噴油更加均勻。接料滑臺(tái)由8個(gè)U型接口固定在一個(gè)可移動(dòng)的滑臺(tái)上組成，每個(gè)U型接口均有小型接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)，滑臺(tái)由IAI單軸機(jī)械手推動(dòng)，分兩次對(duì)準(zhǔn)出料口接滿(mǎn)8個(gè)已經(jīng)涂油的氣門(mén)油封并移動(dòng)至中間固定位置，等待壓頭取料。具體如圖2所示。

圖2 油封自動(dòng)排料機(jī)構(gòu)示意圖

4.5 油封半自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)

本設(shè)備有應(yīng)對(duì)自動(dòng)上料系統(tǒng)異?；蛘咂渌惓Ｇ闆r而設(shè)定的半自動(dòng)油封上料機(jī)構(gòu)。此機(jī)構(gòu)只需要人工將16個(gè)油封涂上油放置到托盤(pán)上，雙手啟動(dòng)設(shè)備，即可自行壓裝。

4.6 輥道機(jī)構(gòu)

進(jìn)出料采用的是雙層傘齒輪摩擦式輥道，輥道上配備有托盤(pán)，缸蓋工件放置在托盤(pán)輸送，下層輥道用于托盤(pán)回流。

4.7 氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)

該系統(tǒng)由氣源裝置、執(zhí)行元件、控制元件、氣動(dòng)輔件、氣動(dòng)傳感器等組成，氣源裝置采用車(chē)間統(tǒng)一氣源；本設(shè)備在進(jìn)氣側(cè)安裝三聯(lián)體，三聯(lián)體含有減壓閥、過(guò)濾器、殘壓釋放閥、壓力傳感器；執(zhí)行元件有舉升氣缸、支撐滑臺(tái)氣缸、手動(dòng)滑臺(tái)氣缸、噴油氣缸、壓頭間距切換氣缸、擋料氣缸、平衡氣缸等；控制元件有三位五通電磁閥、兩位四通電磁閥，每個(gè)執(zhí)行元件配置有相對(duì)應(yīng)的電磁換向閥獨(dú)立控制、噴油獨(dú)立控制。

4.8 電氣控制系統(tǒng)

準(zhǔn)確、邏輯性強(qiáng)的電氣控制系統(tǒng)是設(shè)備安全有效、快速運(yùn)行的保障。首先需要識(shí)別工件的機(jī)種才能舉升托盤(pán)，舉升托盤(pán)的同時(shí)必須確認(rèn)托盤(pán)已經(jīng)與定位銷(xiāo)配合，舉升起來(lái)后由對(duì)射開(kāi)關(guān)確認(rèn)工件的上表面沒(méi)有高出，若是高出被對(duì)射開(kāi)關(guān)檢測(cè)到，表示缸蓋在托盤(pán)上沒(méi)有放好，不能進(jìn)行壓裝。在壓裝完成后，壓頭正下方也會(huì)有一組對(duì)射開(kāi)關(guān)感應(yīng)，這是為了防止壓裝出現(xiàn)異常把工件帶起，如果沒(méi)有這種安全防護(hù)，壓頭將會(huì)按原來(lái)的軌跡繼續(xù)取料，上料機(jī)構(gòu)將會(huì)被破壞。所有突發(fā)狀況都要考慮到控制系統(tǒng)中。

5 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)備經(jīng)使用驗(yàn)證，完全實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)壓裝氣門(mén)油封的功能，滿(mǎn)足了廠(chǎng)家提出的壓入深度要求和節(jié)拍要求，壓完后的油封表面無(wú)損傷，導(dǎo)管無(wú)損傷。該設(shè)備可以完全替代人工操作，大幅度提高生產(chǎn)效率。

[1]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（1～5卷）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2]許福玲，陳堯明.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[3]鄭文緯，吳克堅(jiān).機(jī)械原理[M].7版.北京：高等教育出版社，1997.

[4]機(jī)械工業(yè)部洛陽(yáng)軸承研究所.最新國(guó)內(nèi)外軸承代號(hào)對(duì)照手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.