伺服压力机在发动机制造业中的应用

郑波+王松锋+辛建豪

【摘 要】本文结合当前发动机制造技术的发展趋势，通过对伺服压力机在发动机气门座圈压装工艺的应用的介绍，剖析了当前伺服压力机在发动机制造中的应用优缺点。

【关键词】伺服压机；发动机制造；气门座圈

【Abstract】Combined with current trends of engine manufacturing technology， and by introducing the application of servo presses in engine valve-guide-pressing process， the advantage and weakness of servo press applications in engine manufacturing are analyzed in this paper.

【Key words】Servo press； Engine manufacturing； Valve seat press

0 前言

伺服压力机作为一种新的技术，有着传统液压压力机不具备的优势，在汽车制造环节如缸盖气门座圈和导管压装、缸体水道堵盖压装、变速器轴承压装、轮毂轴承压装等工艺中，正随着设备更新等方式逐步替代传统的液压压力机，有效提升了汽车制造工艺水平。

1 伺服压力机结构和工作原理

作者所在的工厂主要生产两个系列多种型号小排量发动机，其中缸体水道堵盖压装和缸盖气门座圈气门导管均用到伺服压力机。

伺服压力机主要由滚珠丝杆、滑块、压轴、壳体、力传感器、齿形同步传动装置（精密型系列除外）、伺服电机（无刷直流电机）组成，如图1。

伺服电机是整个伺服压力机的驱动装置，电机的解析编码器能产生数字信号，分辨率高达0.1微米，精度高，测量速度快，适合较大的轴向速度。

应变式力传感器是通过静态的弹性形变实现电阻的测量，具有稳定性好、成本低、应用范围广、操作简单等优势。

滚珠丝杆、齿形同步传动装置都是完成伺服电机到压轴的传动，特点是结构稳定、精度高、故障率低。

PROMESS公司的UFM软件可以通过OCX控件（可选）生成各种客户化的界面。UFM软件主要用于创建压机工艺程序及记录、显示和保存压装过程中的数据。所有这些数据保存在默认的ACCESS数据库里，对压装过程实现100%可追溯。

伺服压力机控制执行过程：通过PROMESS UFM软件编程运动过程控制，传输到数控应用模块，再通过伺服驱动器驱动伺服电机的运动，经过传动装置实现输出端的运动控制。压轴压出后压力传感器通过形变量反馈模拟量信号，经过放大、模数转换，变成数字量信号输出到PLC，实现压力监控；通过伺服电机解析编码器反馈位置信号，实现位置监控。

2 气门座圈压装工艺要求

气门座圈的压装对质量要求比较高，相应的对压装力要求非常高。压装力过小会出现座圈不能压装到座圈孔底部，造成座圈与座圈孔之间存在间隙，导致座圈在发动机长期运行中掉落，压装力过大则会导致气门座圈边缘崩裂甚至缸盖内部出现裂纹，必将导致发动机寿命大大降低。

3 Promess压力机应用于气门座圈压装

我公司发动机工厂缸盖线目前使用的是德国JWFrolich品牌的导管座圈压装机对气门座圈进行压装，下面简析该压装机压装气门座圈的过程：①机械手抓取缸盖；②机械手旋转73.5度（保证座圈底孔与水平面垂直）；③机械手移动到探测工位（判断座圈底孔是否存在座圈）；④机械手移动到压装工位；⑤导管压装导套（在缸盖的对侧同轴）伸出顶住弹簧座圈面，使座圈压装时机械手Y方向保持不动，保证座圈的压装力和深度；⑥气门座圈经分料器分料至座圈压头，压头上集成的磁铁可保证座圈与底孔平行且压装过程不会掉落；⑦座圈伺服压力机动作完成压装，同时完成对座圈压装过程中压力和位移的监控。

4 伺服压力机的优缺点

伺服压力机的优点主要有：

1）能实现高精度的压入深度、压入力控制；

2）调整方便——可通过程序控制压入深度，随时进行调整；

3）体积小——取消传统压力机的液压系统，设备体积明显减小；

4）能耗低——不再需要配备能耗较大的液压系统，传动效率也提高。

伺服压力机的缺点主要有：

1）控制系统复杂，技术相对较难掌握；

2）设备一次性投资成本较高；

3）目前实际应用的压力机均为半闭环控制，控制准确度仍有提升空间。

5 结论

本文以JWFrolich压装机为研究对象，从气门座圈的压装过程到伺服压力机的压装及控制原理方面入手，简单的分析了伺服压力机在气门座圈压装工艺中的使用。伺服压力机不仅可以快速有效的压装气门座圈，更能可靠地保障气门座圈的压装质量，伺服压力机技术将会成为该行业的主流趋势。

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[责任编辑：杨玉洁]