邢田 周榮

【摘 要】隨著裝配制造業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，企業(yè)對生產(chǎn)效率的要求越來越高，而缸蓋氣門油封的壓裝在很多汽車廠仍然采用人工參與的半自動裝配方式，效率低且容易出錯，不能滿足生產(chǎn)需求。鑒于此，文章設(shè)計(jì)了一種缸蓋氣門油封全自動壓裝設(shè)備，采用全自動上料、自動壓裝、視覺防錯檢測等系統(tǒng)對氣門油封進(jìn)行壓裝。經(jīng)實(shí)際項(xiàng)目檢驗(yàn)，該設(shè)備可以替代人工進(jìn)行氣門油封在線全自動壓裝和檢查，提高了缸蓋氣門油封的裝配生產(chǎn)效率和裝配精度，滿足生產(chǎn)和質(zhì)量的要求。

【關(guān)鍵詞】發(fā)動機(jī);氣門油封;自動壓裝;視覺檢測

【中圖分類號】U468.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）01-0024-03

0 引言

氣門油封是發(fā)動機(jī)氣門組的重要零件之一，是一種骨架式耐高溫氟橡膠油封，安裝在氣門導(dǎo)管頂端，與氣門導(dǎo)管活動配合。油封唇口外圓裝有自緊彈簧，保證與氣門桿之間的密封性，防止發(fā)動機(jī)機(jī)油進(jìn)入燃燒室，避免機(jī)油流失，防止汽油與空氣的混合氣體及排放廢氣泄漏。如果裝配不當(dāng)，就會造成機(jī)油損耗、動力下降、燃燒室積炭和增加空氣污染等弊端，所以其裝配質(zhì)量直接影響發(fā)動機(jī)的使用壽命[1]。

通常氣門油封裝配有兩種方式：{1}裝配工人通過工裝裝配;{2}半自動方式，通過人工上料由設(shè)備進(jìn)行壓裝[2]。氣門油封與氣門導(dǎo)管為過盈配合，安裝時(shí)一定要使氣門油封到位且用力要均勻，防止氣門油封變形損壞，失去密封作用。

手工裝配氣門油封存在如下弊端：壓入力無法控制;裝配氣門油封時(shí)極易損壞;員工的勞動強(qiáng)度大，只能應(yīng)用于發(fā)動機(jī)試制和小批量生產(chǎn)。在汽車行業(yè)激烈的競爭中，各廠家都在尋找更好的方法完成氣門油封的裝配和檢測，從而滿足氣門油封裝配的高效率、高定位精度等要求[2]。目前，最有效的措施是采用工業(yè)機(jī)器人取代人工取料和壓油封等操作，這樣不但能降低工人勞動強(qiáng)度，還能提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率。下面介紹一臺利用送料系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)全自動取料和壓裝，采用視覺檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)氣門油封狀態(tài)檢查的裝配設(shè)備。

1 設(shè)備概況

該設(shè)備安裝在發(fā)動機(jī)缸蓋分裝線上，用于氣門油封的全自動安裝和檢查[3]。設(shè)備主要由油封自動上料機(jī)構(gòu)、自動壓裝工業(yè)機(jī)器人、油封壓裝機(jī)構(gòu)、相機(jī)檢測機(jī)構(gòu)組成（如圖1所示）。氣門油封全自動壓裝工作流程如圖2所示。

2 設(shè)備各部位構(gòu)成及工作原理

2.1 油封自動上料機(jī)構(gòu)

整個油封自動上料系統(tǒng)由振動盤2套（含料倉及支架）、直線送料器2套、料位探測器2套、送料器出口油封頂升移除機(jī)構(gòu)2套組成（如圖3所示）。

該系統(tǒng)采用兩套振動系統(tǒng)，一套在用，一套備用，滿足不同油封的快速換型要求。油封擺放工裝采用簡易連接結(jié)構(gòu)，以便產(chǎn)品換型時(shí)人工快速完成更換。

料倉上有兩個出料口，一個出料口通往振動盤，另一個出料口通往卸料口（料倉中油封切換時(shí)使用）。出料口各由1個微型氣缸控制門的開閉，正常工作時(shí)通往振動盤出料口門打開，另一側(cè)處于關(guān)閉狀態(tài)，在切換油封時(shí)則出料口門的狀態(tài)正好相反。料倉帶有缺料檢測裝置和警報(bào)提醒裝置，提醒操作工及時(shí)補(bǔ)料。

該系統(tǒng)工藝操作流程如下：{1}油封在料倉中通過振動盤的振動，通過導(dǎo)軌糾正油封姿態(tài)，然后輸送到直線導(dǎo)軌。{2}油封通過直線導(dǎo)軌到達(dá)振動分料道，由限位塊和傳感器確定其存在。{3}由振動分料道將其移出到油封分料機(jī)構(gòu);并向PLC發(fā)出油封移出信號。{4}PLC接到油封到位信號，伺服直線滑臺將油封分料機(jī)構(gòu)移到油封抓取位置。

2.2 自動壓裝工業(yè)機(jī)器人

選用六軸機(jī)器人作為移動載體，通過快換裝置連接壓裝機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不同類型的壓裝機(jī)構(gòu)選用，以及油封抓取和壓裝的不同位置操作[3]（如圖4所示）。

2.3 油封壓裝機(jī)構(gòu)

該機(jī)構(gòu)由壓裝組件、壓裝固定背板組成[4]（如圖5所示）。壓裝組件壓頭內(nèi)有在位傳感器，使用油封彈簧作為感應(yīng)對象，達(dá)到監(jiān)控油封在位和油封彈簧的雙重作用。以氣門油封外徑定位和壓裝，壓裝過程中觸碰不到用于密封的橡膠唇口，使油封壓入時(shí)油封唇口得到保護(hù)。壓裝組件使用固定背板進(jìn)行定位和壓裝受力，解決機(jī)器手受力問題。壓裝組件的每個壓頭安裝有位移傳感器，對壓入深度進(jìn)行控制，同時(shí)有超程報(bào)警功能。

該系統(tǒng)工藝操作流程如下：{1}機(jī)械抓手收到PLC抓取油封指令，機(jī)械手快速將油封壓裝組件放置在油封分料工裝上，然后下降抓取油封，完成抓取回位后將完成信號發(fā)給PLC。{2}機(jī)器手接到抓取完成信號后，將壓裝組件移動到壓裝固定背板，并插入背板定位孔。{3}壓裝組件的壓裝氣缸動作，下壓裝有油封的壓頭，同時(shí)位移傳感器監(jiān)控壓裝深度。{4}壓裝組件的壓裝氣缸回收，在位傳感器監(jiān)控?zé)o油封在壓頭內(nèi)。{5}機(jī)器手接收壓裝完成信號，將壓裝頭組件移動到取油位置，完成一個壓裝循環(huán)。

2.4 相機(jī)檢測機(jī)構(gòu)

該系統(tǒng)主要由缸蓋托盤阻擋機(jī)構(gòu)、視覺系統(tǒng)及伺服移動機(jī)構(gòu)等組成。

發(fā)動機(jī)油封安裝位置兩邊對稱，且具有一定的傾斜角，在伺服直線滑臺機(jī)構(gòu)移動下，依次對缸蓋兩側(cè)進(jìn)行檢測。

該工位工作流程如下：{1}缸蓋托盤從油封自動壓裝工位進(jìn)入檢測工位，到達(dá)擋停機(jī)構(gòu)后停止。{2}頂升機(jī)構(gòu)將其頂升，完畢后將信號發(fā)給PLC。{3}伺服移動機(jī)構(gòu)收到PLC指令后，帶著視覺系統(tǒng)移動至指定的位置進(jìn)行檢測，依次移動直到兩側(cè)16個油封檢測完畢，并將信號發(fā)給PLC。{4}PLC將判定結(jié)果發(fā)給FRID，F(xiàn)RID記錄檢測結(jié)果。{5}缸蓋托盤頂升下降，阻擋放行。

3 結(jié)語

此套設(shè)備實(shí)現(xiàn)了全自動壓裝氣門油封的功能，采用進(jìn)排氣油封同時(shí)壓裝的壓裝組件，滿足了對節(jié)拍的要求。增加對壓入深度的監(jiān)控和優(yōu)化了抓取油封的夾緊點(diǎn)，杜絕了對油封的損傷。同時(shí)，集成智能相機(jī)的防錯應(yīng)用，杜絕了錯漏裝。目前，汽車工業(yè)的自動化程度越來越高，工業(yè)機(jī)器人配套相應(yīng)的夾具，就可以完成許多不同種類甚至人工難以實(shí)現(xiàn)的工作，這樣既可保證裝配質(zhì)量、提高裝配效率，又可使生產(chǎn)成本降低，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的提升[3]。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]陳進(jìn)喜，任志偉，高安娜，等.氣門油封自動化裝配檢測技術(shù)的應(yīng)用[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2013（6）：62-64.

[2]李勝君.發(fā)動機(jī)線上氣缸蓋氣門油封自動壓裝設(shè)備結(jié)構(gòu)分析[J].機(jī)電信息，2018（9）：82-83.

[3]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊：機(jī)器人與機(jī)器人裝備[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[4]陳繼文，王琛，于復(fù)生.機(jī)械自動化裝配技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2019.