CN104626016A - 装配式凸轮轴滚花式数控装配机芯轴夹持与旋转机构 - Google Patents

装配式凸轮轴滚花式数控装配机芯轴夹持与旋转机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种装配式凸轮轴滚花式数控装配机芯轴夹持与旋转机构，该机构包括芯轴夹持机构和芯轴旋转机构，所述夹持机构将夹紧液压油缸单独放置于滑块体上方，通过导向套将活塞杆与卡盘拉杆相连接，增加了活塞防转，并将整体式卡盘改为多爪式夹持机构结构；所述旋转机构采用了伺服电机—直齿圆柱齿轮旋转机构，从动齿轮采用消隙结构设计，并且主动齿轮、从动齿轮均与传动轴相连接，主动齿轮轴、从动齿轮轴采用轴套与轴承支撑固定。本发明结构新颖，芯轴夹持机构设计更加合理，更加实用可靠。芯轴旋转机构不但大幅度提高了芯轴表面滚挤齿形速度和凸轮轴装配速度，而且可大幅度提高凸轮轴的制造精度和产品质量。

Description

装配式凸轮轴滚花式数控装配机芯轴夹持与旋转机构
技术领域
本发明适用于发动机装配式凸轮轴自动化装配专用设备，具体涉及一种装配式凸轮轴滚花式数控装配机芯轴夹持与旋转机构。
背景技术
凸轮轴是发动机关键零件之一，传统的制造方法主要是整体锻造或铸造毛坯，也有采用粉末冶金材料整体烧结成型，然后再辅以大量机械加工制造而成。装配式凸轮轴则是根据产品需要采用中空钢管制造芯轴，采用不同材料制作凸轮、六方、端头等分体零件，然后在自动化装配设备上组装成一体。装配式凸轮轴与传统方法制作的凸轮轴相比，具有重量轻、材料利用合理、生产成本低、制造精度高等突出优点。当今，越来越多的发动机新产品均采用该种新工艺、新技术。
目前，用于装配式凸轮轴的凸轮、六方、端头等分体零件与芯轴相连接的方法及专用设备，主要有滚花式连接方法及其相关设备、热套连接方法及其相关设备、机械胀形连接方法及其相关设备。滚花式连接方法即是在自动化装配设备上首先在旋转芯轴表面采用滚花刀具滚挤三角形齿形，然后将内径加工有矩形槽的凸轮、六方、端头等分体零件压装在芯轴的齿形区域内，形成固定的链接。滚花式连接自动化装配机上除具有主机滑块机构，凸轮等分体零件自动回转上料装置外，应安装有芯轴夹持与旋转机构和滚挤齿形机构，以完成在芯轴表面滚挤齿形和精确装配的功能与要求。现有技术中，芯轴夹持为液压夹紧，芯轴旋转机构为电机与蜗轮、蜗杆传动机构。由于装配式凸轮轴的分体零件较多，需装配的时间较长，而且随着发动机转速的提高，装配精度也要求越来越高。近年来，生产效率与装配精度已成为装配式凸轮轴制造工艺及技术的突出问题。目前采用的芯轴液压夹紧结构与电机—蜗轮蜗杆旋转机构，由于结构设计不合理，很难满足高生产率、高精度的生产要求。关于“装配式凸轮轴滚花连接自动化装配机”已由本申请人申请并获得了国家发明专利[专利号ZL03111054.1]，经过近年来的应用与实践，该自动化装配机涉及的“芯轴夹持与旋转机构”有待于进一步的改进。目前，尚未查到国内外与本发明申请相近的机构和装置的文献资料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对目前国内外装配式凸轮轴滚花式连接自动化装配专用设备中芯轴夹持与旋转机构存在的缺点和问题，在现有技术的基础上提出一种装配式凸轮轴滚花式数控装配机芯轴夹持与旋转机构。
为了解决以上技术问题，本发明提出以下技术方案：
一种装配式凸轮轴滚花式数控装配机芯轴夹持与旋转机构，该机构包括芯轴夹持机构和芯轴旋转机构，且均安装在数控装配主机滑块24上；
所述芯轴夹持机构包括夹持油缸、夹持油缸箱体9、导向套体4、导向套5、拉杆6、中空卡盘14、连接盘13以及卡爪15，其中夹持油缸与导向套体4安装在油缸箱体9上，拉杆6上端与安装在导向套体内的导向套5相连，拉杆6下端与固定在连接盘13上的中空卡盘14通过卡紧螺母18固定连接，夹持油缸的活塞2上下运动带动导向套5及拉杆6作上下直线运动，并使中空卡盘14上的卡爪15张开或闭合；
所述芯轴旋转机构包括伺服电机32、主动齿轮轴25、主动齿轮26、从动齿轮轴8、从动消隙齿轮定片22以及从动消隙齿轮动片10，其中主动齿轮轴25与从动齿轮轴8均安装在滑块24上，所述主动齿轮轴25直接与伺服电机32连接；所述从动齿轮轴8为中空结构，并与连接盘13固定连接；在伺服电机32驱动下，安装在主动齿轮轴25上的主动齿轮26与安装在从动齿轮轴8上从动消隙齿轮定片22啮合传动。
进一步地，所述芯轴夹持机构还包括油缸活塞防转机构，所述油缸活塞防转机构包括安装在导向套体4上的导向套体防转块36、安装在导向套5上的导向套防转块35以及防转杆34，防转杆34与导向套体防转块36固定连接，活塞2及导向套5在防转杆34的导向下作上下直线运动。
进一步地，拉杆6通过压力球轴承7及锁紧螺母与导向套5相连接，拉杆6与中空的从动齿轮轴8在径向存在间隙，在伺服电机32的驱动下，从动消隙齿轮定片22与从动消隙齿轮动片10旋转时，拉杆6与导向套5作相对旋转运动。
进一步地，所述中空卡盘14上的卡爪15为三爪式，并与中空卡盘14上的活动块采用三角齿形限位连接，卡爪15安装在不同齿形位置上，以实现对不同直径芯轴的夹持。
更进一步地，所述主动齿轮轴25通过轴承Ⅰ28与轴承套Ⅰ23固定安装在滑块24上；所述从动齿轮轴8通过轴承Ⅱ12与轴承套Ⅱ11固定安装在滑块24上。
本发明的有益效果在于：
1、本发明鉴于目前芯轴夹持机构存在的上述技术问题采用了将夹紧液压油缸单独放置于滑块体上方，通过导向套将活塞杆与卡盘拉杆相连接，增加了活塞防转，并将整体式卡盘改为多爪式夹持机构结构的新颖机构。使芯轴夹持机构设计更加合理、更加可靠实用。
2、本发明鉴于目前芯轴旋转机构存在上述技术问题，采用了伺服电机—直齿圆柱齿轮旋转机构，从动齿轮采用消隙结构设计，并且主动齿轮、从动齿轮均与传动轴相连接，主动齿轮轴、从动齿轮轴采用轴套与轴承精确支撑的新颖结构，从而大幅度提高了芯轴旋转速度，不仅提高了芯轴表面滚挤齿形的速度和凸轮轴装配速度，而且大幅度提高了凸轮轴的制造精度和产品质量。
附图说明
图1装配式凸轮轴产品示意图；
图2为图1中A-A截面图；
图3为图1中B-B截面图；
图4为图1中C-C截面图；
图5为本发明夹持与旋转机构示意图；
图6为油缸活塞防转机构结构示意图；
图7为夹持机构卡爪结构示意图；
图8为图6中I的局部放大图。
图中：
1—夹持油缸体、2—活塞、3—活塞杆、4—导向套体、5—导向套、6—拉杆、7—压力球轴承、8—从动齿轮轴、9—夹持油缸箱体、10—从动消隙齿轮动片、11—轴承套Ⅱ、12—轴承Ⅱ、13—连接盘、14—中空卡盘、15—卡爪、16—芯轴、17—直线导轨、18—卡紧螺母、19—锁紧螺母、20—从动轴连接键、21—从动齿轮连接键、22—从动消隙齿轮定片、23—轴承套Ⅰ、24—滑块、25—主动齿轮轴、26—主动齿轮、27—主动齿轮轴连接键、28—轴承Ⅰ、29—伺服电机箱体、30—主动齿轮轴连接套、31—伺服电机轴连接套、32—伺服电机、33—主机机架、34—防转杆、35—导向套防转块、36—导向体防转块。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明的具体实施方式做进一步介绍。
如图1-4所示，为装配式凸轮轴产品结构示意图，芯轴16上装有凸轮(如图2所示)、四方(如图3所示)及六方(如图4所示)。
如图5所示，本发明公开了一种用于装配式凸轮轴滚花式数控装配机芯轴夹持与旋转机构。
夹持机构按如下方式组成，夹持油缸体1和导向套体4安装在夹持油缸箱体9上，活塞2与活塞杆3由螺母压紧并连接，活塞杆3与导向套5相连接，拉杆6上端通过压力球轴承7和锁紧螺母与导向套5下端固定连接，拉杆6下端与中空卡盘14上的卡紧螺母18相连接，并可随中空卡盘14一起旋转。
按上述结构，在液压系统作用下，当活塞杆3作上下运动时，与之相连接的导向套5将带动拉杆6上下运动，从而通过中空卡盘14上的卡紧螺母18带动其上的楔块上下动作，进而使中空卡盘14上的三个卡爪15张开或闭合，以实现对芯轴16的夹紧或松开。
如图7和图8所示，三个卡爪15与中空卡盘14上的活动块采用三角齿形连接，三个卡爪15可安装在不同齿形位置上，如此可增大夹持芯轴直径的尺寸范围，适应多品种凸轮轴的制造与装配。
如图6所示，为防止活塞2在夹持油缸体1中发生转动，致使拉杆6与中空卡盘上的螺母18松动，影响对芯轴16的夹持精度和尺寸范围，在导向套体4与导向套5之间采用防转机构，该防转机构由导向套防转块35、导向体防转块36以及防转杆34组成，所述导向套防转块35安装在导向套5上，导向体防转块36安装在导向体4上，防转杆34与导向体防转块36连接，由于防转杆34的存在，使导向体4与导向套5无法相对转动，进而阻止活塞2在夹持油缸体1中转动，最终实现对拉杆6的防转功能。
旋转机构按如下方式组成，伺服电机32安装在箱体29上，伺服电机连接套31与主动齿轮轴连接套30采用螺栓连接。主动齿轮轴25采用轴承套Ⅰ23与轴承Ⅰ28固定在滑块24上，主动齿轮26通过导向键27与主动齿轮轴25相连接。从动消隙齿轮定片22通过连接键21与从动齿轮轴8相连接，而从动齿轮轴8采用轴承套Ⅱ11和轴承Ⅱ12固定在滑块24上。
所述中空卡盘14与连接盘13采用螺栓连接，而连接盘13与从动齿轮轴8采用锁紧螺母19相固连。最终实现中空卡盘14按预先设定的程序正向与反向精确旋转，满足在芯轴表面采用滚花刀滚挤三角形齿形和凸轮、六方、端头等分体零件装配相位角的要求。
如图5-7所示，本发明提供的装配式凸轮轴滚花式数控装配机芯轴夹持与旋转机构的具体工作过程，按以下步骤进行：
a)液压系统启动，夹持油缸体1上腔进油，推动活塞2向下运动，与导向套5相连的拉杆6也向下运动，通过中空卡盘卡紧螺母18使三爪中空卡盘14上的楔块向下运动并使与之相连接的三个卡爪15张开。
b)手工或机器人将芯轴16装入卡爪15中，随夹持油缸电磁阀换向，向上运动的活塞2带动拉杆6向上，并使中空卡盘14上的楔块向上。从而使三个卡爪闭合将芯轴16夹紧。
c)按预先设定的芯轴表面滚挤齿形程序，伺服电机32旋转，滚挤齿形机构上的滚花刀具对旋转中的芯轴表面上的预定位置进行齿形滚挤。
d)滑块24在数控装配主机伺服电机的驱动下向下运动至凸轮、六方、端头等分体零件回转送料盘的预定位置并对第1个凸轮进行压装，第1个凸轮压装完成后，滑块24上行至预定的位置继续重复c)的动作与功能，直至将凸轮、六方、端头所有分体零件精确装配到芯轴上。
e)整根装配式凸轮轴装配完成后，中空卡盘14上的卡爪15张开，手工或采用机器人将装配好的凸轮轴取下，至此完成一个工作循环。

Claims (5)

1.一种装配式凸轮轴滚花式数控装配机芯轴夹持与旋转机构，该机构包括芯轴夹持机构和芯轴旋转机构，且均安装在数控装配主机滑块(24)上，其特征在于：
所述芯轴夹持机构包括夹持油缸、夹持油缸箱体(9)、导向套体(4)、导向套(5)、拉杆(6)、中空卡盘(14)、连接盘(13)以及卡爪(15)，其中夹持油缸与导向套体(4)安装在油缸箱体(9)上，拉杆(6)上端与安装在导向套体内的导向套(5)相连，拉杆(6)下端与固定在连接盘(13)上的中空卡盘(14)通过卡紧螺母(18)固定连接，夹持油缸的活塞(2)上下运动带动导向套(5)及拉杆(6)作上下直线运动，并使中空卡盘(14)上的卡爪(15)张开或闭合；
所述芯轴旋转机构包括伺服电机(32)、主动齿轮轴(25)、主动齿轮(26)、从动齿轮轴(8)、从动消隙齿轮定片(22)以及从动消隙齿轮动片(10)，其中主动齿轮轴(25)与从动齿轮轴(8)均安装在滑块(24)上，所述主动齿轮轴(25)直接与伺服电机(32)连接；所述从动齿轮轴(8)为中空结构，并与连接盘(13)固定连接；在伺服电机(32)驱动下，安装在主动齿轮轴(25)上的主动齿轮(26)与安装在从动齿轮轴(8)上从动消隙齿轮定片(22)啮合传动。
2.根据权利要求1所述一种装配式凸轮轴滚花式数控装配机芯轴夹持与旋转机构，其特征在于：所述芯轴夹持机构还包括油缸活塞防转机构，所述油缸活塞防转机构包括安装在导向套体(4)上的导向套体防转块(36)、安装在导向套(5)上的导向套防转块(35)以及防转杆(34)，防转杆(34)与导向套体防转块(36)固定连接，活塞(2)及导向套(5)在防转杆(34)的导向下作上下直线运动。
3.根据权利要求1所述一种装配式凸轮轴滚花式数控装配机芯轴夹持与旋转机构，其特征在于：拉杆(6)通过压力球轴承(7)及锁紧螺母与导向套(5)相连接，拉杆(6)与中空的从动齿轮轴(8)在径向存在间隙，在伺服电机(32)的驱动下，从动消隙齿轮定片(22)与从动消隙齿轮动片(10)旋转时，拉杆(6)与导向套(5)作相对旋转运动。
4.根据权利要求1所述一种装配式凸轮轴滚花式数控装配机芯轴夹持与旋转机构，其特征在于：所述中空卡盘(14)上的卡爪(15)为三爪式，并与中空卡盘(14)上的活动块采用三角齿形限位连接，卡爪(15)安装在不同齿形位置上，以实现对不同直径芯轴的夹持。
5.根据权利要求1-4中任一项所述一种装配式凸轮轴滚花式数控装配机芯轴夹持与旋转机构，其特征在于：所述主动齿轮轴(25)通过轴承Ⅰ(28)与轴承套Ⅰ(23)固定安装在滑块(24)上；所述从动齿轮轴(8)通过轴承Ⅱ(12)与轴承套Ⅱ(11)固定安装在滑块(24)上。
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