发动机线上气缸盖气门油封自动压装设备结构分析

李胜君

（广州市嘉特斯机电制造有限公司，广东广州510850）

0 引言

气门油封是汽车发动机缸盖上的一个重要元件，一般由外骨架和氟橡胶共同硫化而成，油封径口部安装有自紧弹簧。气门油封用于发动机气门导杆的密封，其装配质量直接影响着发动机的使用寿命。

通常气门油封装配有两种方式：（1）装配工人通过工装来装配；（2）半自动方式，通过人工排料设备进行压装。

传统的人工加工装装配效率低，人工强度大，已淘汰；半自动的压装方式很多发动机厂家也认为效率不理想。为此，我单位为某发动机生产厂家设计了一台全自动气门油封压装机，该设备运行至今两年多一直很稳定，受到厂家好评。

1 发动机线上全自动气门油封压装设备主要技术指标

（1）油封压装深度需按图纸要求，要保证Cpk为1.33以上。

（2）压装后的油封无损伤，气门导管无损伤。

（3）节拍：30 s/件。

（4）操作方式全自动/半自动可选择。

（5）设备可自动识别机型。

2 发动机线上全自动气门油封压装设备基本工作条件

此设备位于发动机装配线上，必须满足下列环境条件及技术指标要求：

（1）运行电源满足GB/T 4720—1984《电控设备第1部分：低压电器电控设备》的要求：AC 380 V（±10%），50 Hz（±2%）。

（2）运行环境温度满足GB/T4720—1984的要求：-10～40℃。

（3）运行相对湿度满足GB/T 4720—1984的要求：≤95%。

（4）运行供给气源：0.6 MPa±20%。

3 发动机线上全自动气门油封压装机的工作流程

此设备可通过两种方式操作，一种为全自动模式，一种为半自动模式。全自动模式为油封自动上料，压头自动取料，自动压装；半自动模式为人工上气门油封，压头自动取料，自动压装。

3.1 全自动流程

设备自动读取RFID识别机型→辊道输送托盘到位阻挡→举升机构举起工件及托盘脱离辊道→工件及托盘自动翻转角度至排气侧导管端面与压头垂直→油封自动上料机构排序8个油封进行喷油并滑动到指定位置→油封压装机构自动取8个油封并移到工件排气导管中心上方→油封压装机构压装排气侧油封→油封压装机构上升回到油封上料处→油封自动上料机构排序8个油封进行喷油并滑动到指定位置→工件及托盘自动翻转角度至进气侧导管端面与压头垂直→油封压装机构取8个油封并移到工件进气侧导管中心上方→油封压装机构压装进气侧油封→油封压装机构复位→翻转机构复位→举升机构复位→阻挡器放行→辊道输送工件及托盘流入下一工序。

3.2 半自动流程

人工将16个油封沾上油后放至设备设置的半自动油封取料工位，设备自动读取RFID识别机型→辊道输送托盘到位阻挡→举升机构举起工件及托盘脱离辊道→工件及托盘自动翻转角度至排气侧导管端面与压头垂直→油封压装机构取8个油封并移到工件排气导管中心上方→油封压装机构压装排气侧油封→油封压装机构上升回到油封半自动上料处→工件及托盘自动翻转角度至进气侧导管端面与压头垂直→油封压装机构取8个油封并移到工件进气侧导管中心上方→油封压装机构压装进气侧油封→油封压装机构复位→翻转机构复位→举升机构复位→阻挡器放行→辊道输送工件及托盘流入下一工序。

4 基于工作环境条件、技术指标及流程的整体设计布局

4.1 设备机体组件

油封自动压装机结构如图1所示。

图1 油封自动压装机结构示意图

机体组件是整台设备的基础，是各功能得以实现的根本，因此首先必须保证机体组件刚性足够，这里机座采用型钢整体焊接，在一些重要的连接处增加筋板，退火后再经过铣床、加工中心、钻床等等一系列的机加工，最后进行表面喷涂等工艺才完成。设备机体组采用防震垫铁支撑，通过紧固螺栓与防震垫铁及地基固定。

4.2 缸盖及托盘举升定位机构及翻转机构

升降采用气缸加4个导杆导向机构的方式，翻转采用的是伺服驱动，夹具部分含有精定位的定位销、精加工的夹具底板、压装受力的支撑座、要求精度需配磨的翻转限位座以及夹具支撑机构等。此机构与机体组件是定位销精准定位，在压装时，精确的定位销保证了工件及托盘每次举升、翻转及压装位置的一致性，这是整个机床的基准精度，是设备稳定性的基础之一和压装质量的保证。

4.3 油封压装机构

此部分由电缸、带浮动机构的油封压头组件、压头自动变位组件、导向组件及检测组件等组成。

压头有自动导正及高度调整和限位功能，可以消除工件一侧8个导管中心位置的位置度公差，可以消除高度公差，可以保证压装深度一致性，这是顺畅无损伤压装且保证压装效果的最佳方案。

压头自动变位组件可以改变8组独立小压头组件的间距，满足进排气位置变化，检测组件可以检测电缸位置及压装次数，防止多次压装。

4.4 油封自动上料机构

采用目前常用的振动排列方式，将气门油封倒入设定的油封料斗内，料斗至少可容纳4 h工作量的油封，经过圆形振动盘，对大小不一、姿态不正确的油封进行剔料，保证排列出来的油封尺寸在合格范围内，且姿态一致，再经过直线振动器排列到料槽上，料槽分4个料口排出油封。喷油组件带细孔喷油针头将会从上而下压入前排油封内部，进行喷油，为了控制油量和喷涂均匀，在油路上安装了定量的分流块，并且分流块可通气将油雾化，从而使喷油更加均匀。接料滑台由8个U型接口固定在一个可移动的滑台上组成，每个U型接口均有小型接近开关检测，滑台由IAI单轴机械手推动，分两次对准出料口接满8个已经涂油的气门油封并移动至中间固定位置，等待压头取料。具体如图2所示。

图2 油封自动排料机构示意图

4.5 油封半自动上料机构

本设备有应对自动上料系统异常或者其他异常情况而设定的半自动油封上料机构。此机构只需要人工将16个油封涂上油放置到托盘上，双手启动设备，即可自行压装。

4.6 辊道机构

进出料采用的是双层伞齿轮摩擦式辊道，辊道上配备有托盘，缸盖工件放置在托盘输送，下层辊道用于托盘回流。

4.7 气动传动系统

该系统由气源装置、执行元件、控制元件、气动辅件、气动传感器等组成，气源装置采用车间统一气源；本设备在进气侧安装三联体，三联体含有减压阀、过滤器、残压释放阀、压力传感器；执行元件有举升气缸、支撑滑台气缸、手动滑台气缸、喷油气缸、压头间距切换气缸、挡料气缸、平衡气缸等；控制元件有三位五通电磁阀、两位四通电磁阀，每个执行元件配置有相对应的电磁换向阀独立控制、喷油独立控制。

4.8 电气控制系统

准确、逻辑性强的电气控制系统是设备安全有效、快速运行的保障。首先需要识别工件的机种才能举升托盘，举升托盘的同时必须确认托盘已经与定位销配合，举升起来后由对射开关确认工件的上表面没有高出，若是高出被对射开关检测到，表示缸盖在托盘上没有放好，不能进行压装。在压装完成后，压头正下方也会有一组对射开关感应，这是为了防止压装出现异常把工件带起，如果没有这种安全防护，压头将会按原来的轨迹继续取料，上料机构将会被破坏。所有突发状况都要考虑到控制系统中。

5 结语

本设备经使用验证，完全实现了全自动压装气门油封的功能，满足了厂家提出的压入深度要求和节拍要求，压完后的油封表面无损伤，导管无损伤。该设备可以完全替代人工操作，大幅度提高生产效率。

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