楊廣明 蔣佩巖 郭大偉 郭波

摘要：本文介紹了凸輪軸裝配機各機構(gòu)的細節(jié)和工作原理，并通過對工件誤差的分析，設計了高精度的罩蓋定位裝置，增加了精定位機構(gòu)，大大降低了穿軸的難度，保證了穿軸的質(zhì)量，提高工作效率。

關鍵詞：凸輪軸裝配;高精度;自動化設備

1.概述

隨著我國汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車零部件國產(chǎn)化的比率逐步提高，要求零部件的加工裝配效率也越來越高，加工質(zhì)量越來越好，對自動化生產(chǎn)線的需求也就不斷增加。凸輪軸裝配機是發(fā)動機裝配生產(chǎn)線中的一個重要環(huán)節(jié)，它能夠?qū)Πl(fā)動機中的罩蓋和凸輪軸完成組裝的功能。凸輪軸裝配機工作可靠，操作方便，大大降低了勞動強度和提高工作效率。

2.總體設計

凸輪軸裝配機是一臺全自動的設備，主要由穿軸機構(gòu)、粗定位機構(gòu)、精定位機構(gòu)、罩蓋定位裝置等4部分組成（如圖1），實現(xiàn)穩(wěn)定而準確的穿凸輪軸工作。由于凸輪軸是細長桿結(jié)構(gòu)，與罩蓋孔的配合間隙較小，對于設備的精度要求較高，同時由于罩蓋孔的位置累計誤差已經(jīng)大于了軸和孔的配合間隙，裝配時又要有一定的柔性。

2.1穿軸機構(gòu)

穿軸機構(gòu)主要由頂桿1、氣缸2、氣缸3、氣缸6、頂尖7、氣缸9等組成（如圖2）。氣缸2和氣缸6串聯(lián)到一起，穿軸時可以停到三個位置上。氣缸3用一個安裝板連接到右側(cè)的夾緊機構(gòu)上。頂桿1在氣缸3的帶動下，和氣缸9驅(qū)動的頂尖7，一起夾緊定位凸輪軸。氣缸2和氣缸6帶動夾緊后的凸輪軸一起移動到罩殼里，完成凸輪軸的裝配工作。

2.2粗定位機構(gòu)

粗定位機構(gòu)主要由定位塊、氣缸、舉升板、導向軸、安裝板組成（如圖3）。設備能夠垂直升降。工作開始時，機構(gòu)保持伸出狀態(tài)，上料機械手把需要安裝的凸輪軸放置到粗定位機構(gòu)的定位塊上，凸輪軸中心與罩蓋中心高度一致。穿軸時，機構(gòu)縮回，以防止與穿軸機構(gòu)干涉。

2.3精定位機構(gòu)

精定位機構(gòu)（如圖4）與粗定位機構(gòu)相似，要保證定位塊上凸輪軸的中心與罩殼的孔中心保持一致。但增加了定位基準塊3和定位銷5。當機構(gòu)伸出是，定位基準塊頂?shù)秸稚w定位夾具的工藝精加工面上，以罩殼定位夾具的面作為基準。同時定位銷深入到罩蓋的定位銷孔里進行定位。大大的增加了機構(gòu)的定位精度和穩(wěn)定性。

2.4罩蓋定位裝置

罩蓋定位裝置具有很高的定位精度，主要由擺動壓緊氣缸1、側(cè)向氣缸3、定位銷5、粗定位塊7等組成（如圖5），罩蓋的定位主要由定位銷5保證，側(cè)向氣缸推動罩蓋靠緊定位銷5，旋轉(zhuǎn)壓緊氣缸壓緊罩蓋，使罩蓋穩(wěn)定而準確的放置到工作位置。

3. 凸輪軸裝配機的設計分析

3.1凸輪軸的裝配工藝要求

凸輪軸長度450mm，直徑只有40mm，是標準的細長桿結(jié)構(gòu)。凸輪軸和罩蓋孔的最小間隙為0.05，是配合精度比較高的，要求將這個細長軸準確的穿過罩蓋孔，保證不能磕傷罩蓋，罩蓋的材質(zhì)為鋁合金，硬度相對較低，只要有很小的磕碰都會傷及表面。因此必須保證中心的精度。

3.2罩蓋定位裝置分析

由于罩蓋與凸輪軸的裝配精度較高，罩蓋的定位盡量與圖紙的基準相同（如圖6）。用定位銷和底面進行定位，減小基準不同帶來的累計誤差。但由于工件往夾具上放的時候，必須與定位銷之間保留一定的間隙，無形中增加了一個隨機誤差，為了盡量減小這部分誤差，定位夾具側(cè)面增加了一個推靠氣缸，將工件的孔壁貼到定位銷的側(cè)面上，這樣就可以消除間隙誤差的影響，但罩蓋定位銷孔直徑的誤差無法避免，最大為定位孔直徑誤差d的一半。這樣看來，罩蓋水平方向定位的誤差為：

3.3穿軸機構(gòu)分析

穿軸機構(gòu)的頂桿1需要穿過罩蓋，長度必須大于罩蓋長度，形成細長桿結(jié)構(gòu)，為了增加頂桿的精度和剛性，在罩蓋定位裝置上增加了導向套。由于工件自身的誤差較大，無法用穿軸機構(gòu)直接把凸輪軸穿入到罩蓋孔內(nèi)，因此增加了精定位機構(gòu)，進行二次定位。穿軸機構(gòu)只要保證0.2mm的精度，先把凸輪軸穿入罩蓋的非配合孔中，放到罩蓋下面的精定位機構(gòu)上就可以了。然后用穿軸機構(gòu)的氣缸6將凸輪軸推入到配合孔里。

3.4精定位機構(gòu)分析

精定位機構(gòu)的使用，主要是減少中間各環(huán)節(jié)的累計誤差，方便穿軸。精定位機構(gòu)伸出時，定位銷與罩蓋的定位夾具孔配合，用夾具上的限位塊作為擋塊，保證兩個機構(gòu)很好的結(jié)合在一起，形成一個整體，既保證了精度，又提高了剛性。定位塊采用V型結(jié)構(gòu)，具有更高的定心作用。只有凸輪軸本身直徑的誤差a影響裝配尺寸。根據(jù)V型塊的定位原理，凸輪軸的垂直方向上最大定位誤差為：0.707a。穿軸時，為了凸輪軸有一定的自適應空間，保證最大軸徑時凸輪軸的中心與罩蓋孔的理論中心對齊。這樣垂直方向上，兩工件的中心線誤差為：k2=0.707a+w/2。而水平方向上，誤差為罩蓋的定位誤差k1，但偏向一側(cè)，不利于裝配，因此凸輪軸的中心對準罩蓋孔的理論中心位置偏d/4的位置，這樣使位置度公差w對稱于凸輪軸中心線。保證更多時候，穿軸準確。

4. 凸輪軸裝配機的動作過程

上料機械手將罩蓋放置到定位裝置中，推靠氣缸將罩蓋推靠到定位銷上，夾緊氣缸將罩蓋夾緊，罩蓋定位準確后，上料機械手再將凸輪軸放到初定位機構(gòu)的V型塊中。

穿軸機構(gòu)的氣缸3帶動頂桿1縮回，向右移動，穿過罩蓋，頂住凸輪軸左側(cè)頂尖孔，同時，氣缸9帶動頂尖7伸出，頂住凸輪軸的右側(cè)頂尖孔，定位并夾緊凸輪軸。初定位機構(gòu)縮回，避讓出穿軸的移動空間。氣缸2縮回，氣缸6伸出，將夾緊的凸輪軸向右緩慢的移動到罩蓋里（停到配合段前面位置），精定位機構(gòu)伸出，準備定位凸輪軸，氣缸3帶動穿軸頂桿1伸出，氣缸9縮回，松開凸輪軸，將凸輪軸自由的放置到精定位機構(gòu)上的V型塊中，使凸輪軸中心和罩蓋孔的中心重合。氣缸6伸出，帶著推套8繼續(xù)前行，將凸輪軸準確、無磕碰地推到罩蓋的配合孔中，完成裝配工作。

結(jié)束語

凸輪軸裝配機是一臺全自動的設備，能夠準確可靠的實現(xiàn)裝配功能，能夠保證做出的產(chǎn)品100%合格。用戶已經(jīng)投入生產(chǎn)，實踐證明設備生產(chǎn)效率高，壓裝的質(zhì)量好。大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)能力和競爭力，符合社會生產(chǎn)力的發(fā)展要求。

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