1 引言
在大規(guī)模自動化生產(chǎn)中，螺栓全自動裝配工藝常常是必不可少的。它不僅可以提高生產(chǎn)率、減輕工人勞動強度，而且更重要的是能夠保證各螺栓的緊固力矩趨于一致，達到設(shè)計要求，提高產(chǎn)品的裝配質(zhì)量和整機性能。這項要求已經(jīng)逐漸成為產(chǎn)品競爭取勝的主要指標之一。
缸蓋螺栓自動裝配機就是針對冰箱壓縮機內(nèi)曲軸箱氣缸端蓋的裝配工序而研制的。其特點是速度快、質(zhì)量穩(wěn)定、全氣壓控制、結(jié)構(gòu)緊湊、生產(chǎn)運行正常。這種螺栓裝配機的控制技術(shù)也適用于汽車、摩托車、家電等自動裝配生產(chǎn)線。
2 工件特點分析及技術(shù)要求
曲軸箱是壓縮機的關(guān)鍵部件，缸蓋裝配質(zhì)量直接影響壓縮機的工作性能，因此缸蓋裝配具有嚴格的要求。如圖1所示，首先要測得活塞端面與箱體面之間的間隙，按照分組選配原則，選出對應(yīng)的密封紙墊，以保證活塞與缸底的間隙值要求。其次，要求螺栓的緊固力矩為8～10Nm(依據(jù)缸蓋材料選擇某定值)，四個螺栓的力矩誤差控制在一定范圍，以保證缸蓋受力變形均勻、密封效果好和產(chǎn)品的最佳性能。
圖1 氣缸蓋裝配示意圖
另外，還要求裝配節(jié)拍為9秒/臺，人工放入缸蓋組件(缸蓋、鋼墊和四個螺栓穿在一起)，推入曲軸箱，自動緊固螺栓，工作完成后自動將曲軸箱推出。操作要簡單、省力，更換扳手和維修簡便、迅速，設(shè)備運行可靠。
3 設(shè)備的布局及組成
3.1 設(shè)備布局
根據(jù)總裝生產(chǎn)線的布局、工件流動時的方向和相關(guān)工序的操作特點，為使操作者操作方便，以及減少工件在流動過程中的換向次數(shù)，螺栓裝配機宜布置在流水線的前側(cè)，如圖2所示，其前面的三頭螺栓機完成工作后，操作者將工件在主滑道上逆時針旋轉(zhuǎn)90°；然后測量端面間隙，標記密封墊組號；之后在本設(shè)備上完成螺栓裝配。這種布局能減少工件轉(zhuǎn)動次數(shù)、減輕勞動強度和提高生產(chǎn)速度。
圖2 裝配機安裝位置圖
3.2 機械部件
設(shè)備主要由氣動扳手組件、缸蓋夾具體、下料機構(gòu)、導(dǎo)向滑道、主滑道和支座等幾部分組成，如圖3所示。
圖3 設(shè)備組成圖
氣動扳手選用日本進口產(chǎn)品，型號為UNR60L，在0.5MPa的氣壓下，轉(zhuǎn)速610r/min，最大扭矩13.0Nm，最大空氣消耗量0.65m3/min。為了使螺栓頭順利進入扳手，扳手組件中裝有彈簧，在四個螺栓頭不能同時進入扳手的情況下，起到讓位和緩沖的作用。另外，扳手組件頭部繞馬達接手中心可以任意方向擺動，也便于螺栓頭的咬入。
缸蓋夾具體用來夾緊缸蓋組件，如圖4所示。夾頭在氣缸的驅(qū)動下，同時夾住缸蓋兩個相鄰的側(cè)面，另兩個側(cè)面由固定支點定位。夾緊后，螺栓中心與伸入夾具體內(nèi)的扳手頭的中心對應(yīng)，螺桿指向曲軸箱的導(dǎo)向滑道。
圖4 缸蓋夾緊示意圖
導(dǎo)向滑道是曲軸箱的進出通道，一方面對曲軸箱的運動起導(dǎo)向作用，使其螺孔位置基本對準螺桿；另一方面，在曲軸箱滑入的過程中，其軸頭觸動導(dǎo)向滑道組件中的行程閥，自動使氣動馬達旋轉(zhuǎn)。
下料裝置用來卸下已經(jīng)裝配好的工件。即當力矩達到設(shè)計要求時，在關(guān)閉全部氣動馬達的同時，也使得下料缸動作，通過杠桿機構(gòu)推出工件。可以大大減輕勞動強度。
主滑道是生產(chǎn)線上工件流動的軌道。支座支撐上述全部機械部件，并兼作氣動控制箱，所有氣動邏輯元件安裝在支座的箱體內(nèi)，使得設(shè)備外形美觀、布局緊湊、安裝維護方便。
4 氣壓控制系統(tǒng)
缸蓋螺栓自動裝配機采用了全氣壓控制方式，氣動控制原理如圖5所示。其中：
氣缸1——缸蓋夾緊缸，用來夾緊缸蓋組件。
氣缸2——下料缸，用來推出緊固后的工件。
氣缸3——氣動扳手馬達，用來緊固螺栓。
閥4——缸蓋夾緊按鈕閥，用來控制夾緊缸動作。
閥5——緊急停止閥，用來處理異常情況。
閥6——行程閥，它靠曲軸箱軸頭壓動而啟動氣馬達旋轉(zhuǎn)。
閥7——順序閥，當某個螺栓達到緊固力矩時，該閥動作，切斷該馬達的換向閥8。
閥8——馬達控制閥，用來啟停氣動扳手。
閥9——邏輯閥，當閥7切斷某個馬達后，同時使相應(yīng)的邏輯閥接通，做好停機準備。
閥10——互鎖閥，夾緊缸夾緊工件后，該閥動作，待壓下行程閥6、主換向閥11換向，才能使馬達旋轉(zhuǎn)；否則，即使壓下行程閥6，也不能接通馬達。
閥11——主換向閥。
閥12——減壓閥，調(diào)節(jié)控制氣路壓力。
三聯(lián)件13——空氣處理裝置，其減壓閥12調(diào)節(jié)主回路的壓力。
閥14——換向閥。
設(shè)備的工作循環(huán)及控制過程如下：
(1)將缸蓋組件放入夾具體，按下按鈕閥4，使換向閥14換向，夾緊缸蓋；下料缸回氣，處于后退狀態(tài)；同時打開互鎖閥10，做好開機準備。
(2)將曲軸箱送入導(dǎo)向滑道，打開行程閥6，使主換向閥11換向，四只馬達同時啟動；這時，曲軸箱將螺栓頭壓向扳手孔，當螺栓頭進入扳手孔后，螺栓開始旋入。
(3)某螺栓達到規(guī)定力矩時，該氣路氣壓升高，相應(yīng)的順序閥動作，就會關(guān)閉該馬達的換向閥，使馬達停轉(zhuǎn)。此時，另一條氣路使對應(yīng)的邏輯閥9導(dǎo)通，并等待其余邏輯閥導(dǎo)通。
(4)當四個螺栓緊固，全部邏輯閥均導(dǎo)通之后，控制氣就使換向閥14換向，松開缸蓋，同時，換向閥14使下料缸推出曲軸箱。至此一個工作循環(huán)結(jié)束，所有元件恢復(fù)到原始狀態(tài)。
(5)工作過程中如出現(xiàn)異常情況，按下急停閥5，控制氣將強制換向閥14復(fù)位，中斷工作循環(huán)，等待人工處理故障。
圖5 裝配機氣壓控制原理圖
5 運行試驗分析
設(shè)備在調(diào)試過程中進行了系統(tǒng)性能試驗和緊固力矩試驗。試驗結(jié)果表明：
(1)順序閥7是控制緊固力矩的關(guān)鍵元件，其性能和質(zhì)量必須有較高的要求。
(2)系統(tǒng)各處的減壓和節(jié)流元件的開口大小有一定的內(nèi)在聯(lián)系，調(diào)整時要綜合考慮、協(xié)調(diào)處理，使系統(tǒng)達到最佳狀態(tài)。
(3)氣動馬達的流量對緊固力矩有一定的影響，選擇好適應(yīng)生產(chǎn)率要求和螺紋旋入的轉(zhuǎn)速后，通過調(diào)節(jié)三聯(lián)件13的 總減壓閥及順序閥7的協(xié)調(diào)壓力，調(diào)定螺栓的緊固力矩。
(4)缸蓋材料和螺栓材料的差異對其摩擦力矩影響很大，因此對于不同材料的工件，必須通過試驗來確定每一種組合下的順序閥的起跳壓力。
(5)緊固力矩的重復(fù)試驗表明，裝配機的工作精度達到了設(shè)計要求。
缸蓋螺栓自動裝配機投入使用的一年中，從未發(fā)生過停機故障，速度快、精度高、運行可靠、滿足壓縮機生產(chǎn)線的使用要求。工作性能超過了進口設(shè)備，而設(shè)備投資僅為進口設(shè)備的20%。取得了令人滿意的經(jīng)濟效益和社會效益。這種控制技術(shù)不僅在壓縮機生產(chǎn)中取得成功，同樣在其它類似的自動化生產(chǎn)線中也有推廣價值。