缸盖半自动气门导管座圈压装机的设计

李连文，肖 杰，张 涛

（1.济南中正金码科技有限公司，山东 济南 250101；2.济南易久自动化技术有限公司，山东 济南 250101）

引言

在压装装配方面，伺服压装的方式相比传统的液压压装设备在节能环保和精确控制方面的优势是明显的，节能环保方面伺服压装机采用的是伺服马达，其待机状态下，马达是不转的，而且在压装过程中，速度是变化的，功率也是变化的，而普通液压机，待机过程中马达一直在转，需要消耗一定的电量，在工作中也是恒速转动，耗电量相比会高些。普通马达和伺服马达相比，噪音也会偏大些。精确控制方面，伺服压装机在一定范围内可任意设定多段冲程速度、精确位移停止、精确到位停止、精确到达压力停止等[1-2]。而普通液压机则受管路和阀体及油缸缸体的密封性影响，不可能有很高的精度控制，且很多是借助机械限位来实现，若要接近电子压力机控制的精度，设备成本会远远高于电子压力机而且控制更加复杂[3-4]。缸盖半自动气门导管座圈压装机因为其高性价比，智能化、更高的工作性能等优势，被汽车制造企业逐渐重视了起来，并在智能压装生产线上得到了有效的运用。

1 设备概述

缸盖半自动气门导管座圈压装机由C 型压机主体、导管压头机构、座圈压头机构、缸盖定位滑台机构、导管上料机构、导管涂油机构、防护组件、气动系统及电控部分等组成。电气控制系统主要由伺服压装系统、PLC 系统、人机界面系统及其它电气元件组成。设备外观见图1。

2 设备组成

2.1 C 型压机主体

C 型压机主体（如图2 所示）由机架及台板组成，二者构成伺服压机的主体结构（C 型）。C 型结构是常用的一种机械安装结构，以其体积小，空间紧凑而被经常用于紧凑设备中。此设备我们围绕C 型主体，布置了相关的气动元件和防护组件，防护组件的主要内容由铝型材、防护板、安全光栅、三色灯等部分构成，起到提示设备故障、保障人身安全的作用。设备操作工位安装有安全光栅，以保护操作人员的安全[2]。

气动元件是整个设备气缸动作的执行部位，为气门导管座圈压装过程提供辅助支撑，确保工件定位。

2.2 导管压头机构

如下页图3 所示，导管压头机构是设备核心压装机构之一，由于发动机缸盖进气、排气孔位置不同，因此布置了两组压头对应不同的高度位置进行压装，通过气缸切换不同的压头，配合伺服电缸完成不同位置导管的压装。导管压头切换机构采用直线导轨导向，两端安装有限位机构，可以确保压头位置切换时位置的准确可靠。

压装时，导管从缸盖燃烧室面压入，压装开始前期压头行程由伺服压机通过导管压杆控制，导管穿过缸盖露出弹簧座面此时导管推动导杆克服弹簧的作用力，在轴承套内移动，轴承套选择自润滑型号；当压头将导管压入后，伺服压机内置传感器实时检测当前的压装力，当压装力达到设定值的时候，伺服压机停止并返回，弹簧推动导管压杆复位，压头退回过程中导杆单元在弹簧力的作用下恢复到原始的上料位置，伺服压机继续退回直到原位，从而一个压装循环完成。

伺服电缸通过压导管压杆，从而将导管压入缸盖孔内。该机构为配合完成座圈的压装，增加了承力块切换机构。压装座圈时，需要该机构承受压装力，此时承力块切换气缸下降，将承力块插入导管压头内，此时导管压杆只能压在承力块上，不会压到导管，从而可以承受压装时的压装力。

2.3 座圈压头机构

如图4 所示，座圈压头机构是设备另一核心压装机构，座圈压头机构与与导管压头机构整体形式及动作基本一致。该处不再对此部分进行详细描述，只对增加的部分进行介绍。该机构上安装了两套座圈上料机构，由人工将座圈放入，用于存放需要压装的座圈。为缩短人工放料时手臂的伸出长度，方便上料，其中一套上方还安装了供料系统，只需将座圈放入滑道内，座圈即可自动落入上料机构内部。座圈压装时，由压头将座圈顶出，座圈即可自动套在压头上，从而可以直接进行座圈的压装。上料机构前方安装由挡板，由扭簧进行压紧，可以确保座圈可靠地套在压头上。

系统中的导管上料机构用于将导管搬运至压头上，实现导管的上料。该机构由横移、升降两套电缸组成，用于实现多点位的上料功能。导管保持机构内的导管通过推料气缸推出，进入压头内部。

2.4 缸盖定位滑台机构

图5 所示，缸盖定位滑台机构用于带动缸盖进行移动，配合导管、座圈压头机构实现不同位置导管、座圈的压装。定位机构上布置有两个定位销，对缸盖进行定位，同时在上料位置有举升机构，吊装时将缸盖吊装到举升机构上，然后落入定位工装上。缸盖的移动采用伺服电机驱动+直线导轨导向，可以确保移动位置的准确、可靠。

2.5 导管涂油机构

如图6 所示，该机构采用弹夹式形式储存导管，通过下方的气缸将导管一次推出一个，推至导管上料机构内。润滑块与电动润滑泵连接，内部安装有海绵用于储存油，导管被推出的经过润滑块的过程中即可实现导管涂油。

本机构自动完成导管涂油工作，便于控制涂油量，提高涂油的工作效率，有利于操作人员设备的工作情况进行检测，提高安全性能，且使用周期长。

2.6 控制系统简介

控制系统主要由伺服压装系统、PLC、操作按钮等组成。本系统对设备的所有电气元器件进行控制，接受操作命令，按照设计程序和操作指令完成控制动作，显示执行结果。缸盖半自动气门导管座圈压装机的自动控制系统采用触摸一体机的人机交流方式，可实现设定、操作、监控、防错、品质、故障诊断和报警等操作模式。其自动控制的人机界面和测量系统界面采用中文。设备可选择自动操作，也可以选择单步手动操作。自动操作采用单手启动，急停按钮控制伺服电缸的紧急停止，按下急停后会切断伺服电机电源，伺服电缸停止动作。

3 结语

随着科技水平的提高，工厂对于设备装配精度和可靠性的要求越来越高，压装生产方面，伺服压装系统在各个发动机装配工位的应用越来越多，本设计提供了一种缸盖半自动气门导管座圈压装方法，同时也为其他类似压装设备的设计提供参考。