一種高效的氣門(mén)油封自動(dòng)化裝配解決方案

邢田 周榮

【摘 要】隨著裝配制造業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)效率的要求越來(lái)越高，而缸蓋氣門(mén)油封的壓裝在很多汽車(chē)廠仍然采用人工參與的半自動(dòng)裝配方式，效率低且容易出錯(cuò)，不能滿足生產(chǎn)需求。鑒于此，文章設(shè)計(jì)了一種缸蓋氣門(mén)油封全自動(dòng)壓裝設(shè)備，采用全自動(dòng)上料、自動(dòng)壓裝、視覺(jué)防錯(cuò)檢測(cè)等系統(tǒng)對(duì)氣門(mén)油封進(jìn)行壓裝。經(jīng)實(shí)際項(xiàng)目檢驗(yàn)，該設(shè)備可以替代人工進(jìn)行氣門(mén)油封在線全自動(dòng)壓裝和檢查，提高了缸蓋氣門(mén)油封的裝配生產(chǎn)效率和裝配精度，滿足生產(chǎn)和質(zhì)量的要求。

【關(guān)鍵詞】發(fā)動(dòng)機(jī);氣門(mén)油封;自動(dòng)壓裝;視覺(jué)檢測(cè)

【中圖分類號(hào)】U468.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2021）01-0024-03

0 引言

氣門(mén)油封是發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)組的重要零件之一，是一種骨架式耐高溫氟橡膠油封，安裝在氣門(mén)導(dǎo)管頂端，與氣門(mén)導(dǎo)管活動(dòng)配合。油封唇口外圓裝有自緊彈簧，保證與氣門(mén)桿之間的密封性，防止發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油進(jìn)入燃燒室，避免機(jī)油流失，防止汽油與空氣的混合氣體及排放廢氣泄漏。如果裝配不當(dāng)，就會(huì)造成機(jī)油損耗、動(dòng)力下降、燃燒室積炭和增加空氣污染等弊端，所以其裝配質(zhì)量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命[1]。

通常氣門(mén)油封裝配有兩種方式：{1}裝配工人通過(guò)工裝裝配;{2}半自動(dòng)方式，通過(guò)人工上料由設(shè)備進(jìn)行壓裝[2]。氣門(mén)油封與氣門(mén)導(dǎo)管為過(guò)盈配合，安裝時(shí)一定要使氣門(mén)油封到位且用力要均勻，防止氣門(mén)油封變形損壞，失去密封作用。

手工裝配氣門(mén)油封存在如下弊端：壓入力無(wú)法控制;裝配氣門(mén)油封時(shí)極易損壞;員工的勞動(dòng)強(qiáng)度大，只能應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)試制和小批量生產(chǎn)。在汽車(chē)行業(yè)激烈的競(jìng)爭(zhēng)中，各廠家都在尋找更好的方法完成氣門(mén)油封的裝配和檢測(cè)，從而滿足氣門(mén)油封裝配的高效率、高定位精度等要求[2]。目前，最有效的措施是采用工業(yè)機(jī)器人取代人工取料和壓油封等操作，這樣不但能降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，還能提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率。下面介紹一臺(tái)利用送料系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)取料和壓裝，采用視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)氣門(mén)油封狀態(tài)檢查的裝配設(shè)備。

1 設(shè)備概況

該設(shè)備安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋分裝線上，用于氣門(mén)油封的全自動(dòng)安裝和檢查[3]。設(shè)備主要由油封自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)、自動(dòng)壓裝工業(yè)機(jī)器人、油封壓裝機(jī)構(gòu)、相機(jī)檢測(cè)機(jī)構(gòu)組成（如圖1所示）。氣門(mén)油封全自動(dòng)壓裝工作流程如圖2所示。

2 設(shè)備各部位構(gòu)成及工作原理

2.1 油封自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)

整個(gè)油封自動(dòng)上料系統(tǒng)由振動(dòng)盤(pán)2套（含料倉(cāng)及支架）、直線送料器2套、料位探測(cè)器2套、送料器出口油封頂升移除機(jī)構(gòu)2套組成（如圖3所示）。

該系統(tǒng)采用兩套振動(dòng)系統(tǒng)，一套在用，一套備用，滿足不同油封的快速換型要求。油封擺放工裝采用簡(jiǎn)易連接結(jié)構(gòu)，以便產(chǎn)品換型時(shí)人工快速完成更換。

料倉(cāng)上有兩個(gè)出料口，一個(gè)出料口通往振動(dòng)盤(pán)，另一個(gè)出料口通往卸料口（料倉(cāng)中油封切換時(shí)使用）。出料口各由1個(gè)微型氣缸控制門(mén)的開(kāi)閉，正常工作時(shí)通往振動(dòng)盤(pán)出料口門(mén)打開(kāi)，另一側(cè)處于關(guān)閉狀態(tài)，在切換油封時(shí)則出料口門(mén)的狀態(tài)正好相反。料倉(cāng)帶有缺料檢測(cè)裝置和警報(bào)提醒裝置，提醒操作工及時(shí)補(bǔ)料。

該系統(tǒng)工藝操作流程如下：{1}油封在料倉(cāng)中通過(guò)振動(dòng)盤(pán)的振動(dòng)，通過(guò)導(dǎo)軌糾正油封姿態(tài)，然后輸送到直線導(dǎo)軌。{2}油封通過(guò)直線導(dǎo)軌到達(dá)振動(dòng)分料道，由限位塊和傳感器確定其存在。{3}由振動(dòng)分料道將其移出到油封分料機(jī)構(gòu);并向PLC發(fā)出油封移出信號(hào)。{4}PLC接到油封到位信號(hào)，伺服直線滑臺(tái)將油封分料機(jī)構(gòu)移到油封抓取位置。

2.2 自動(dòng)壓裝工業(yè)機(jī)器人

選用六軸機(jī)器人作為移動(dòng)載體，通過(guò)快換裝置連接壓裝機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不同類型的壓裝機(jī)構(gòu)選用，以及油封抓取和壓裝的不同位置操作[3]（如圖4所示）。

2.3 油封壓裝機(jī)構(gòu)

該機(jī)構(gòu)由壓裝組件、壓裝固定背板組成[4]（如圖5所示）。壓裝組件壓頭內(nèi)有在位傳感器，使用油封彈簧作為感應(yīng)對(duì)象，達(dá)到監(jiān)控油封在位和油封彈簧的雙重作用。以氣門(mén)油封外徑定位和壓裝，壓裝過(guò)程中觸碰不到用于密封的橡膠唇口，使油封壓入時(shí)油封唇口得到保護(hù)。壓裝組件使用固定背板進(jìn)行定位和壓裝受力，解決機(jī)器手受力問(wèn)題。壓裝組件的每個(gè)壓頭安裝有位移傳感器，對(duì)壓入深度進(jìn)行控制，同時(shí)有超程報(bào)警功能。

該系統(tǒng)工藝操作流程如下：{1}機(jī)械抓手收到PLC抓取油封指令，機(jī)械手快速將油封壓裝組件放置在油封分料工裝上，然后下降抓取油封，完成抓取回位后將完成信號(hào)發(fā)給PLC。{2}機(jī)器手接到抓取完成信號(hào)后，將壓裝組件移動(dòng)到壓裝固定背板，并插入背板定位孔。{3}壓裝組件的壓裝氣缸動(dòng)作，下壓裝有油封的壓頭，同時(shí)位移傳感器監(jiān)控壓裝深度。{4}壓裝組件的壓裝氣缸回收，在位傳感器監(jiān)控?zé)o油封在壓頭內(nèi)。{5}機(jī)器手接收壓裝完成信號(hào)，將壓裝頭組件移動(dòng)到取油位置，完成一個(gè)壓裝循環(huán)。

2.4 相機(jī)檢測(cè)機(jī)構(gòu)

該系統(tǒng)主要由缸蓋托盤(pán)阻擋機(jī)構(gòu)、視覺(jué)系統(tǒng)及伺服移動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。

發(fā)動(dòng)機(jī)油封安裝位置兩邊對(duì)稱，且具有一定的傾斜角，在伺服直線滑臺(tái)機(jī)構(gòu)移動(dòng)下，依次對(duì)缸蓋兩側(cè)進(jìn)行檢測(cè)。

該工位工作流程如下：{1}缸蓋托盤(pán)從油封自動(dòng)壓裝工位進(jìn)入檢測(cè)工位，到達(dá)擋停機(jī)構(gòu)后停止。{2}頂升機(jī)構(gòu)將其頂升，完畢后將信號(hào)發(fā)給PLC。{3}伺服移動(dòng)機(jī)構(gòu)收到PLC指令后，帶著視覺(jué)系統(tǒng)移動(dòng)至指定的位置進(jìn)行檢測(cè)，依次移動(dòng)直到兩側(cè)16個(gè)油封檢測(cè)完畢，并將信號(hào)發(fā)給PLC。{4}PLC將判定結(jié)果發(fā)給FRID，F(xiàn)RID記錄檢測(cè)結(jié)果。{5}缸蓋托盤(pán)頂升下降，阻擋放行。

3 結(jié)語(yǔ)

此套設(shè)備實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)壓裝氣門(mén)油封的功能，采用進(jìn)排氣油封同時(shí)壓裝的壓裝組件，滿足了對(duì)節(jié)拍的要求。增加對(duì)壓入深度的監(jiān)控和優(yōu)化了抓取油封的夾緊點(diǎn)，杜絕了對(duì)油封的損傷。同時(shí)，集成智能相機(jī)的防錯(cuò)應(yīng)用，杜絕了錯(cuò)漏裝。目前，汽車(chē)工業(yè)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，工業(yè)機(jī)器人配套相應(yīng)的夾具，就可以完成許多不同種類甚至人工難以實(shí)現(xiàn)的工作，這樣既可保證裝配質(zhì)量、提高裝配效率，又可使生產(chǎn)成本降低，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的提升[3]。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]陳進(jìn)喜，任志偉，高安娜，等.氣門(mén)油封自動(dòng)化裝配檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù)，2013（6）：62-64.

[2]李勝君.發(fā)動(dòng)機(jī)線上氣缸蓋氣門(mén)油封自動(dòng)壓裝設(shè)備結(jié)構(gòu)分析[J].機(jī)電信息，2018（9）：82-83.

[3]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：機(jī)器人與機(jī)器人裝備[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[4]陳繼文，王琛，于復(fù)生.機(jī)械自動(dòng)化裝配技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2019.