CN106378607B - 一种轴孔过盈装配自动压装装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴孔过盈装配自动压装装置和方法，自动压装装置包括工作台、第一至第三机械手、三爪卡盘、压力机、光栅传感器、万用表、控制模块、废品回收箱以及设置在工作台上的第一至第三卡槽；压装顺序如下：轴套入位、轴套试压、轴入位、轴孔压装、精度检测、F‑S曲线检测和取装配件。本发明装配精度高，装配件可靠性能好，能很好的满足所需技术要求，减少了废品率，压装效率高，整体结构简单，安全性能好，自动化水平高且大大节约了人力、物力，适合普及到各个现代化轴孔过盈装配自动压装流水线。

Description

一种轴孔过盈装配自动压装装置和方法

技术领域

本发明涉及压装技术领域，尤其涉及一种轴孔过盈装配自动压装装置和方法。

背景技术

过盈连接具有对中性好和承载能力强，并能承受一定冲击力等优点，因此，广泛被用于机械装配中。常见的过盈配合有轮对配合、联轴器配合、连杆衬套等。常用的装配形式有：

（1）压入法，通过锤子加垫块敲击压入或用压力机压入；

（2）热胀法，利用物体热胀冷缩的原理，将孔加热使孔径增大，然后将轴装入孔中，但由于加热后内孔尺寸热胀后变化大，比较适用过盈量较大的配合，缺点是装配件变形大；

（3）冷缩法，利用物体热胀冷缩的原理，将轴进行冷却，待轴缩小后再把轴装入孔中。常用的冷却方法是釆用干冰和液氮进行冷却。但液氮冷冻压装工艺存在安全、环保和设备要求复染等不利因素。

考虑到热膨胀与冷缩法在实际装配中都存在一定的缺陷与适应场合。因此现在多数压装工艺，都采用在常温下进行。其基本原理是采用过盈配合的装配，通过在压装过程中的压力和行程控制，把被包容件压入包容件中（包容件相当于连杆小头，被包容件相当于导管）。此种装配方式现广泛应用于工程机械的各个方面，如汽车传动轴压装、轮对压装、轴承压装、制动盘压装等。而轴孔压装过程，由于轴孔定心精度不高，导致轴在压入轴套的过程中，轴表面会被轴套孔入口边沿滑擦甚至切除，严重影响压装件的质量，成品率低，造成材料的浪费。同时高精度的轴孔装配件需要保证轴压入的尺寸精度和过盈压装质量，这就要求压装工艺不仅要高效率，高精度，还要有较精准的检测方法。这样才能提高生产效率，保证产品质量，减少废品率，从而降低压装成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种轴孔过盈装配自动压装装置和方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种轴孔过盈装配自动压装装置，包括工作台、第一至第三机械手、三爪卡盘、压力机、光栅传感器、万用表、控制模块、废品回收箱以及设置在工作台上的第一至第三卡槽；

所述三爪卡盘设置在所述工作台中心，用于固定待压装的轴套；

所述第一卡槽用于放置流水线上传来的待压装的轴套；

所述第二卡槽用于放置流水线上传来的待压装的轴；

所述第一机械手用于将第一卡槽中待压装的轴套抓取后放置到三爪卡盘中，由三爪卡盘固定；

所述第二机械手用于将第二卡槽待压装的轴抓取至三爪卡盘中待压装的轴套的轴孔上方；

所述压力机为数控伺服压力机，用于根据控制模块的指令将三爪卡盘中待压装的轴套的轴孔上方的轴压装至轴套内形成装配件，并将压装过程中的压力机压头的力信号和位移信号传递给控制模块；

所述三爪卡盘用于固定和松开放置在其中的轴套；

所述光栅传感器用于测量装配件的轴套上端面和轴的上端面之间的距离；

所述第三卡槽用于放置压装合格的装配件，使其流向外部流水线；

所述废品回收箱用于放置压装不合格的装配件；

所述第三机械手用于根据控制模块的指令将压装装置压装成型的装配件抓取至第三卡槽或废品回收箱中；

所述万用表的两个探测接头分别接工作台和压力机，信号输出接口与所述控制模块相连；

所述控制模块分别和第一至第三机械手、三爪卡盘、压力机、光栅传感器、万用表电气相连，用于控制第一机械手、第二机械手、三爪卡盘对待压装的轴套和轴进行抓取和固定，根据万用表的测量数据控制压力机对待压装的轴套和轴进行压装，并根据压力机的反馈信息和光栅传感器的感应信号控制第三机械手对压装成型的装配件进行分类。

作为本发明一种轴孔过盈装配自动压装装置进一步的优化方案，所述三个机械手均采用点控制机械手。

作为本发明一种轴孔过盈装配自动压装装置进一步的优化方案，所述三爪卡盘采用气动自动定心三爪卡盘。

作为本发明一种轴孔过盈装配自动压装装置进一步的优化方案，所述压装装置为型号为XTM-107S。

作为本发明一种轴孔过盈装配自动压装装置进一步的优化方案，所述万用表的型号为SK-4030。

本发明还公开了一种基于该轴孔过盈装配自动压装装置的压装方法，包括以下步骤：

步骤1），轴套从流水线进入第一卡槽末端，控制模块控制第一机械手将轴套抓取至三爪卡盘中后放开轴套并复位；

步骤2），控制模块控制三爪卡盘定位夹紧轴套；

步骤3），控制模块将万用表的检测模式切换至电容检测模式，并控制压力机按照预设的第一速度阈值进行压缩；

步骤4），当万用表反馈的电容值大于预设的电容阈值时，控制压力机按照预设的第二速度阈值进行压缩，并将万用表的检测模式切换至电阻检测模式，所述预设的第二速度阈值小于预设的第一速度阈值；

步骤5），当万用表反馈的电阻值小于预设的电阻阈值时，控制模块控制压力机停止压入；

步骤6），控制模块记录此时压力机压头伸出的距离后，控制压力机复位；

步骤7），轴从流水线进入第二卡槽末端，控制模块控制第二机械手将轴抓取至三爪卡盘中待压装的轴套的轴孔上方；

步骤8），控制模块控制压力机下压，同时控制第二机械手随压力机的压头向下运动，直至压力机压头的伸出距离等于步骤6）中记录的距离；

步骤9），控制模块控制压力机复位，同时控制第二机械手放开轴并复位；

步骤10），控制模块控制光栅传感器测量出装配件中轴套上端面和轴的上端面之间的距离，并将其与预设的距离阈值范围进行比较；

若装配件中轴套上端面和轴的上端面之间的距离不在预设的距离阈值范围中，控制模块控制第三机械手将装配件抓取至废品回收箱后松开装配件并复位，同时返回执行步骤1）；

步骤11），根据压力机反馈的力信号和位移信号生成F-S曲线，并将生成的F-S曲线的后四分之三段分别和预设的最小过盈配合F-S曲线、预设的最大过盈配合F-S曲线进行比较；

步骤11.1），若生成的F-S曲线的后四分之三段位于预设的最小过盈配合F-S曲线、预设的最大过盈配合F-S曲线之间，控制模块控制第三机械手将装配件抓取至第三卡槽后松开装配件并复位，同时返回执行步骤1）；

步骤11.2），若生成的F-S曲线的后四分之三段不在预设的最小过盈配合F-S曲线、预设的最大过盈配合F-S曲线之间，控制模块控制第三机械手将装配件抓取至废品回收箱后松开装配件并复位，同时返回执行步骤1）。

作为基于该轴孔过盈装配自动压装装置的压装方法进一步的优化方案，所述预设的距离阈值范围为30mm-100mm。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

该工艺利用点控制机械手、三爪卡盘和定制压力机等机械装置，结构简单又能保证其压装精度，利用试压工艺保证其重复精度，利用精度检测和F-S检测严格筛选成品件，大大提高了效率，整体结构简单，制造成本低廉，自动化水平高且大大节约了人力、物力，适合普及到各个现代化轴孔过盈装配自动压装生产线。

附图说明

图1为本发明所述的轴孔过盈自动压装装置的结构示意图；

图2为本发明所述的轴孔过盈自动压装装置的轴套定位工艺的结构示意图；

图3为本发明所述的轴孔过盈自动压装方法的工艺流程图；

图4为本发明所述的轴孔过盈自动压装方法的F-S曲线检测示意图。

其中，1-工作台，2-第一卡槽，3-轴套，4-第一机械手，5-第二机械手,6-轴，7-压力机，8-压力机的压头，9-三爪卡盘，10-第三卡槽，11-第三机械手，12-废品回收箱，13-第二卡槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，本发明公开了一种轴孔过盈装配自动压装装置，其特征在于，包括工作台、第一至第三机械手、三爪卡盘、压力机、光栅传感器、万用表、控制模块、废品回收箱以及设置在工作台上的第一至第三卡槽；其中，三爪卡盘设置在工作台中心，用于固定待压装的轴套；第一卡槽用于放置流水线上传来的待压装的轴套；第二卡槽用于放置流水线上传来的待压装的轴；第一机械手用于将第一卡槽中待压装的轴套抓取后放置到三爪卡盘中，由三爪卡盘固定；第二机械手用于将第二卡槽待压装的轴抓取至三爪卡盘中待压装的轴套的轴孔上方；压力机为数控伺服压力机，用于根据控制模块的指令将三爪卡盘中待压装的轴套的轴孔上方的轴压装至轴套内形成装配件，并将压装过程中压力机压头的力和位移信号传递给控制模块；三爪卡盘用于固定和松开放置在其中的轴套；光栅传感器用于测量装配件的轴套上端面和轴的上端面之间的距离；第三卡槽用于放置压装合格的装配件，使其流向外部流水线；废品回收箱用于放置压装不合格的装配件；第三机械手用于根据控制模块的指令将压装装置压装成型的装配件抓取至第三卡槽或废品回收箱中；万用表的两个探测接头分别接工作台和压力机，信号输出接口与控制模块相连；控制模块分别和第一至第三机械手、三爪卡盘、压力机、光栅传感器电气相连，用于控制第一机械手、第二机械手、三爪卡盘、压力机、光栅传感器进行压装工作，并根据压力机的反馈信息和光栅传感器的感应信号控制第三机械手对压装成型的装配件进行分类。

如图2所示，所述轴套和轴定位夹紧装置，三爪卡盘为气压自动定心三爪卡盘，其卡爪长度较小（避免过定位），工作台底平面有略大于轴径的圆孔，通过卡爪和工作台面共同对轴套定位，卡爪同时夹紧起夹紧作用。

压力机的型号优先采用XTM-107S，满足以下功能：

1）位置设定功能

a. 压头位置显示；

b.压装可调行程：0-300mm，可控数字显示实际压装行程；重复精度：0.02mm，触摸屏显示精度0.01mm。

2）压力设置功能

a.显示压头压装压力；

b.设定压头压力上限，当压力超过上限时，压头回程并报警；

c.设定压头压力下限，当压力超过下限时，压头回程并报警；

d.压力精度显示100N。

3）压装模式：

a.恒定速度压装，I/O触发停止；

b.恒定速度压装，确定精确位置停止；

c.进给速度可通过设置外接输入参数进行调节。

万用表的型号优先采用SK-4030。

如图3所示，本发明还公开了一种基于该轴孔过盈装配自动压装装置的压装方法，包括以下步骤：

步骤1），轴套从流水线进入第一卡槽末端，控制模块控制第一机械手将轴套抓取至三爪卡盘中后放开轴套并复位；

步骤2），控制模块控制三爪卡盘定位夹紧轴套；

步骤3），控制模块将万用表的检测模式切换至电容检测模式，并控制压力机按照预设的第一速度阈值进行压缩；

步骤4），当万用表反馈的电容值大于预设的电容阈值时，控制压力机按照预设的第二速度阈值进行压缩，并将万用表的检测模式切换至电阻检测模式，所述预设的第二速度阈值小于预设的第一速度阈值；

步骤5），当万用表反馈的电阻值小于预设的电阻阈值时，控制模块控制压力机停止压入；

步骤6），控制模块记录此时压力机压头伸出的距离后，控制压力机复位；

步骤7），轴从流水线进入第二卡槽末端，控制模块控制第二机械手将轴抓取至三爪卡盘中待压装的轴套的轴孔上方；

步骤8），控制模块控制压力机下压，同时控制第二机械手随压力机的压头向下运动，直至压力机压头的伸出距离等于步骤6）中记录的距离；

步骤9），控制模块控制压力机复位，同时控制第二机械手放开轴并复位；

步骤10），控制模块控制光栅传感器测量出装配件中轴套上端面和轴的上端面之间的距离，并将其与预设的距离阈值范围进行比较；

若装配件中轴套上端面和轴的上端面之间的距离不在预设的距离阈值范围中，控制模块控制第三机械手将装配件抓取至废品回收箱后松开装配件并复位，同时返回执行步骤1）；

步骤11），根据压力机反馈的力信号和位移信号生成F-S曲线，并将生成的F-S曲线的后四分之三段分别和预设的最小过盈配合F-S曲线、预设的最大过盈配合F-S曲线进行比较；

步骤11.1），若生成的F-S曲线的后四分之三段位于预设的最小过盈配合F-S曲线、预设的最大过盈配合F-S曲线之间，控制模块控制第三机械手将装配件抓取至第三卡槽后松开装配件并复位，同时返回执行步骤1）；

步骤11.2），若生成的F-S曲线的后四分之三段不在预设的最小过盈配合F-S曲线、预设的最大过盈配合F-S曲线之间，控制模块控制第三机械手将装配件抓取至废品回收箱后松开装配件并复位，同时返回执行步骤1）。

如图3所示，所述预设的距离阈值范围为30mm-100mm。

此外，一般来说，轴径在15mm-45mm范围内，轴长度在100mm-300mm范围内，轴套长度80-160mm范围内，外径在50mm-100mm范围内。

如图4所示，预设的最小过盈配合F-S曲线、预设的最大过盈配合F-S曲线之间的部分即阴影部分，只要生成的F-S曲线检测的后四分之三段在该区域范围内，则判定装配件满足该技术要求，如曲线A。

曲线B过盈量过小，曲线C过盈量过大，匀不符合技术要求。

基于上述，该工艺利用不同工艺间协调动作，可使压装时间控制在10s以内，利用点控制机械手、自动对心抓手、三爪卡盘和定制压力机等机械装置保证其压装尺寸精度在0.04mm，同时大大减少轴与轴套在压装过程的磨损，利用试压工艺保证其重复精度0.06mm，利用精度检测和F-S检测严格筛选成品件，成品合格率为98%以上，大大提高了效率，整体结构简单，制造成本低廉，自动化水平高且大大节约了人力、物力，适合普及到各个现代化轴孔过盈装配自动压装生产线。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种轴孔过盈装配自动压装装置，其特征在于，包括工作台、第一至第三机械手、三爪卡盘、压力机、光栅传感器、万用表、控制模块、废品回收箱以及设置在工作台上的第一至第三卡槽；

所述三爪卡盘设置在所述工作台中心，用于固定待压装的轴套；

所述第一卡槽用于放置流水线上传来的待压装的轴套；

所述第二卡槽用于放置流水线上传来的待压装的轴；

所述第一机械手用于将第一卡槽中待压装的轴套抓取后放置到三爪卡盘中，由三爪卡盘固定；

所述第二机械手用于将第二卡槽待压装的轴抓取至三爪卡盘中待压装的轴套的轴孔上方；

所述压力机为数控伺服压力机，用于根据控制模块的指令将三爪卡盘中待压装的轴套的轴孔上方的轴压装至轴套内形成装配件，并将压装过程中的压力机压头的力信号和位移信号传递给控制模块；

所述三爪卡盘用于固定和松开放置在其中的轴套；

所述光栅传感器用于测量装配件的轴套上端面和轴的上端面之间的距离；

所述第三卡槽用于放置压装合格的装配件，使其流向外部流水线；

所述废品回收箱用于放置压装不合格的装配件；

所述第三机械手用于根据控制模块的指令将压装装置压装成型的装配件抓取至第三卡槽或废品回收箱中；

所述万用表的两个探测接头分别接工作台和压力机，信号输出接口与所述控制模块相连；

所述控制模块分别和第一至第三机械手、三爪卡盘、压力机、光栅传感器、万用表电气相连，用于控制第一机械手、第二机械手、三爪卡盘对待压装的轴套和轴进行抓取和固定，根据万用表的测量数据控制压力机对待压装的轴套和轴进行压装，并根据压力机的反馈信息和光栅传感器的感应信号控制第三机械手对压装成型的装配件进行分类。

2.根据权利要求1所述的轴孔过盈装配自动压装装置，其特征在于，所述三个机械手均采用点控制机械手。

3.根据权利要求1所述的轴孔过盈装配自动压装装置，其特征在于，所述三爪卡盘采用气动自动定心三爪卡盘。

4.根据权利要求1所述的轴孔过盈装配自动压装装置，其特征在于，所述压装装置为型号为XTM-107S。

5.根据权利要求1所述的轴孔过盈装配自动压装装置，其特征在于，所述万用表的型号为SK-4030。

6.基于权利要求书1所述的轴孔过盈装配自动压装装置的压装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1），轴套从流水线进入第一卡槽末端，控制模块控制第一机械手将轴套抓取至三爪卡盘中后放开轴套并复位；

步骤2），控制模块控制三爪卡盘定位夹紧轴套；

步骤3），控制模块将万用表的检测模式切换至电容检测模式，并控制压力机按照预设的第一速度阈值进行压缩；

步骤4），当万用表反馈的电容值大于预设的电容阈值时，控制压力机按照预设的第二速度阈值进行压缩，并将万用表的检测模式切换至电阻检测模式，所述预设的第二速度阈值小于预设的第一速度阈值；

步骤5），当万用表反馈的电阻值小于预设的电阻阈值时，控制模块控制压力机停止压入；

步骤6），控制模块记录此时压力机压头伸出的距离后，控制压力机复位；

步骤7），轴从流水线进入第二卡槽末端，控制模块控制第二机械手将轴抓取至三爪卡盘中待压装的轴套的轴孔上方；

步骤8），控制模块控制压力机下压，同时控制第二机械手随压力机的压头向下运动，直至压力机压头的伸出距离等于步骤6）中记录的距离；

步骤9），控制模块控制压力机复位，同时控制第二机械手放开轴并复位；

步骤10），控制模块控制光栅传感器测量出装配件中轴套上端面和轴的上端面之间的距离，并将其与预设的距离阈值范围进行比较；

若装配件中轴套上端面和轴的上端面之间的距离不在预设的距离阈值范围中，控制模块控制第三机械手将装配件抓取至废品回收箱后松开装配件并复位，同时返回执行步骤1）；

步骤11），根据压力机反馈的力信号和位移信号生成F-S曲线，并将生成的F-S曲线的后四分之三段分别和预设的最小过盈配合F-S曲线、预设的最大过盈配合F-S曲线进行比较；

步骤11.1），若生成的F-S曲线的后四分之三段位于预设的最小过盈配合F-S曲线、预设的最大过盈配合F-S曲线之间，控制模块控制第三机械手将装配件抓取至第三卡槽后松开装配件并复位，同时返回执行步骤1）；

步骤11.2），若生成的F-S曲线的后四分之三段不在预设的最小过盈配合F-S曲线、预设的最大过盈配合F-S曲线之间，控制模块控制第三机械手将装配件抓取至废品回收箱后松开装配件并复位，同时返回执行步骤1）。

7.根据权利要求6所述的轴孔过盈装配自动压装装置的压装方法，其特征在于，所述预设的距离阈值范围为30mm-100mm。