趙 晶 王昭宇 潘興陽(yáng) 鄭澤斌

（1.長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130114；2.法雷奧壓縮機(jī)（長(zhǎng)春）有限公司，吉林長(zhǎng)春130051）

0 引言

壓裝工藝作為裝配過(guò)程中必不可少的一種裝配方式，如何自動(dòng)精確地控制壓裝位置以及對(duì)壓裝過(guò)程中的力進(jìn)行監(jiān)控是壓裝工藝能否順利實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵因素[1]。在一條自動(dòng)化裝配線上能夠自動(dòng)穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)壓裝，并能在壓裝過(guò)程中進(jìn)行壓入力的有效控制，對(duì)一條自動(dòng)化產(chǎn)線保質(zhì)保量交付具有重要的意義。

1 問(wèn)題描述

壓裝工藝按照壓裝的執(zhí)行元件進(jìn)行分類(lèi)大致可以分為液壓系統(tǒng)壓裝、氣液增壓缸壓裝、氣缸壓裝以及電壓機(jī)壓裝等幾類(lèi)壓裝方式[2]。其中，液壓系統(tǒng)壓裝可以通過(guò)氣液增壓缸提供較大的壓裝力；氣缸壓裝因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單被廣泛使用，但存在壓入位置單一不可調(diào)，不能隨工件的變差而自行調(diào)整壓裝位置的問(wèn)題，而且要對(duì)壓裝力進(jìn)行監(jiān)控時(shí)需額外集成壓力監(jiān)控系統(tǒng)，這對(duì)整個(gè)壓裝單元提出了很高的要求；電壓機(jī)壓裝方式雖然具有精確的行程控制和自身所集成的壓力監(jiān)控功能以及靈活多變的程序設(shè)定，但仍然無(wú)法適應(yīng)批量工件間的變差給壓裝帶來(lái)的不穩(wěn)定性，甚至?xí)a(chǎn)生不合格品。

同時(shí)，壓裝過(guò)程中的壓力判定作為壓裝過(guò)程中重要的控制因素，是壓裝工藝中不可或缺的參數(shù)，但由于過(guò)盈壓裝的特性，需要根據(jù)過(guò)盈量和相關(guān)工件的材質(zhì)按照《機(jī)械手冊(cè)》中相關(guān)的公式定義計(jì)算壓力，但壓裝工件的孔和軸的設(shè)計(jì)并非非常規(guī)正的形狀，對(duì)壓裝的力會(huì)有一定的影響，從而導(dǎo)致計(jì)算的壓力范圍與實(shí)際壓裝的力會(huì)有一定的偏差；同時(shí)出于產(chǎn)品性能要求方面的考慮，材料的選擇有時(shí)會(huì)使用非標(biāo)準(zhǔn)材料，所以相關(guān)的拉伸特性等參數(shù)無(wú)法快速獲取，這就給計(jì)算壓力帶來(lái)了很大的難度。

2 壓裝位置的控制

本文將針對(duì)如何解決高效、準(zhǔn)確壓裝和靈活適應(yīng)不同工件間變差的問(wèn)題提出了一種全新的解決方案，即通過(guò)電壓機(jī)、PLC、位移傳感器形成一個(gè)閉環(huán)的壓裝系統(tǒng)，保證高效、準(zhǔn)確、靈活的壓裝。

2.1 壓裝流程介紹

裝載工件后壓裝機(jī)首先進(jìn)行第一階段的壓裝，第一階段壓裝停止后位移傳感器開(kāi)始對(duì)壓裝工件和被壓工件的相對(duì)關(guān)系進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量完成后PLC讀取該值，然后和目標(biāo)壓裝位置值之間進(jìn)行比較計(jì)算，計(jì)算完成后將繼續(xù)需要壓裝的行程值發(fā)送給電壓機(jī)，電壓機(jī)按照該行程值開(kāi)始啟動(dòng)第二階段壓裝，壓裝完成后位移傳感器再次進(jìn)行測(cè)量，然后PLC將該值與目標(biāo)值之間進(jìn)行比較，檢查最終位置是否在合格范圍內(nèi)。壓裝流程如圖1所示。

圖1 壓裝流程圖

2.2 位移傳感器位置的確定

位移傳感器的測(cè)量位置和固定位置應(yīng)該分別在裝配圖紙要求的壓裝控制尺寸的兩端上，如圖2所示。第一階段壓裝停止后位移傳感器開(kāi)始測(cè)量，得到壓裝面與被測(cè)面之間的距離X，PLC根據(jù)預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)值A(chǔ)與測(cè)量值X進(jìn)行比較計(jì)算，得到電壓機(jī)第二階段需要繼續(xù)壓裝的行程Z，Z=X-A；第二階段壓裝完成后位移傳感器再次進(jìn)行測(cè)量得到尺寸Y，Y應(yīng)該滿(mǎn)足圖紙要求，即A-b＜Y＜A+b，如果壓裝后的測(cè)量值Y滿(mǎn)足如上關(guān)系式，即代表該工件的壓裝滿(mǎn)足圖紙要求。

圖2 位移傳感器位置

如上所述的壓裝方法由于是每件在壓入過(guò)程中均進(jìn)行相關(guān)尺寸的測(cè)量，所以能有效避免由于工件自身尺寸C的差異導(dǎo)致的壓裝位置的不一致，甚至是超差的情況。尤其是在d＞b或定位基準(zhǔn)不在最終壓裝控制尺寸的尺寸線上時(shí)，此方法對(duì)控制最終壓裝尺寸A有非常好的效果。

3 壓裝過(guò)程的力監(jiān)控

針對(duì)傳統(tǒng)壓裝力監(jiān)控困難的特點(diǎn)，本文提供了一種新的壓力判定范圍的定義方法，即對(duì)一定數(shù)量帶有尺寸的工件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)工藝的壓裝，然后收集相關(guān)的壓裝力數(shù)據(jù)，進(jìn)行線性關(guān)系的模擬，從而定義不同階段壓裝力的判定范圍，以軸壓入到孔中過(guò)盈量為0.002～0.021 mm、深度為40 mm為例，在壓入前需要先測(cè)量孔和軸的尺寸，然后計(jì)算過(guò)盈量，并逐件采集壓入到40 mm時(shí)的壓入力（壓入過(guò)程一定要完全按照正常工作時(shí)的壓裝條件進(jìn)行），然后以過(guò)盈量為橫坐標(biāo)、以壓入力為縱坐標(biāo)，借用Excel軟件生成線性趨勢(shì)線，如圖3所示。同時(shí)需要判定R2值，該值越大則該線性關(guān)系越能夠模擬出真實(shí)的情況；如R2較小，可能是受樣本量過(guò)少、過(guò)盈量過(guò)于集中等因素的影響。本例中在可接受的置信區(qū)間R2=0.760 3的條件下得到線性關(guān)系Y=66.958X+2.158 4后，將本例中的過(guò)盈量上下限代入到線性關(guān)系式中，計(jì)算得出在壓入深度為40 mm時(shí)，壓入力F需要滿(mǎn)足2.14 kN＜F＜3.64 kN。

圖3 壓入力與過(guò)盈量關(guān)系曲線

該種總結(jié)歸納方式是通過(guò)在設(shè)備正常工作的情況下采集相關(guān)數(shù)據(jù)得到壓力范圍，既不需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的計(jì)算，也不會(huì)受到不同壓裝條件導(dǎo)致計(jì)算值不準(zhǔn)的情況的影響，也避免了因?yàn)椴杉吔鐦蛹枰念~外加工和遴選。

4 結(jié)語(yǔ)

采用電壓機(jī)、PLC、位移傳感器等形成一個(gè)閉環(huán)壓裝系統(tǒng)，能夠?qū)貉b位置和壓裝過(guò)程進(jìn)行精準(zhǔn)的控制和監(jiān)控，避免出現(xiàn)不必要的損失和浪費(fèi)。通過(guò)對(duì)采樣數(shù)據(jù)的總結(jié)歸納可以得到相關(guān)的線性關(guān)系，依此定義出在最大和最小過(guò)盈量的情況下壓裝力的控制范圍。本文提出的相關(guān)控制方法對(duì)實(shí)現(xiàn)壓裝工藝的自動(dòng)化高效運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要的借鑒價(jià)值。