CN109015468A - 一种液压缸缸头体自适应柔性装配设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械自动装配技术领域，具体为一种液压缸缸头体自适应柔性装配设备，解决了大型多级液压缸缸筒及缸头体装配的技术难题，包括相互独立且需配套使用的缸筒柔性夹装平台和缸头体柔性夹装平台，缸筒柔性夹装平台用于固定缸筒，且缸筒柔性夹装平台能够做垂直升降运动及沿缸筒径向的水平运动；缸头体柔性夹装平台用于固定缸头体，且缸头体柔性夹装平台能够做沿缸筒轴线的水平运动，利用缸头体柔性夹装平台带动缸头体向缸筒运动并同步旋转最终通过螺纹连接实现二者的装配。本发明设备能有效解决传统缸筒和缸头体装配过程中采用吊装方式带来的操作繁琐、装配效率低下，缸筒与吊装夹具接触表面易受损，甚至发生缸筒脱落等历史性难题。

Description

一种液压缸缸头体自适应柔性装配设备

技术领域

本发明涉及机械自动装配技术领域，具体为一种液压缸缸头体自适应柔性装配设备，适用于各种大型多级液压缸缸头体装配。

背景技术

在目前大型多级液压缸缸头体装配领域中，广泛采用立式和卧式两种装配方式。采用立式装配法在吊装过程中可能造成装配好的缸筒从底部脱落，缸筒之间同轴度降低，产品表面受损等一系列问题。卧式装配一般用于小型的液压缸装配，不适用于大型多级液压缸。此外，通过上述两种方式实现缸筒和缸头体装配的规格型号较为单一。

液压缸缸头体自适应柔性装配设备可以克服装配型号的单一性，缸筒吊装导致的一系列问题。液压缸缸头体自适应柔性装配设备着重预防产品表面受损、提高装配精度、省去吊装环节，提高装配效率。

袁春辉等人在公开号为CN 103192246的专利申请公布说明书中公开了一种多级套筒液压缸自动装配装置，主要用于液压缸缸筒的装配，该方案主要采用两个液压中心夹持装置将外套筒同步固定，保证缸筒中心处于水平状态，尾端的液压中心限位支架固定多级缸筒导向端面，对上一级缸筒进行限位，利用液压顶紧装置通过锥形辅助顶尖将缸筒缓慢推入上一级缸筒内，通过树脂装配导向保护缸筒在通过上一级缸筒导向时密封唇口不被刮伤。马丁·特伦科勒等人在公开号CN 104956093 B的专利申请公布说明书中公开了一种用于装配和拆卸液压缸的装置，该装置由台座形状的机架构成，机架具有水平布置的导向装置，其可滑动地支承液压缸缸套的基座、用于支柱的至少一个基座和用于工具的基座，此外还具有固定液压缸的活塞杆的定位器。牛敬业等人在公开号为CN 203197545的专利申请公布说明书中公开了一种液压支架液压缸整体装配用工装，包括立式装缸机，立式装缸机的底座上安装夹紧机构，上部安装作用千斤顶，还包括装配用引导套，引导套外部设置与油缸的外缸缸口连接固定的螺纹，内部设有导向锥面，作用千斤顶的底部安装与夹紧机构正对的压套，压套底部具有与活柱体配合的内凹定位圆弧。

现有技术存在的问题是：为了节省人力和空间，用于装配大型多级液压缸的设备被设计为立式和卧式装配，并需要将缸筒吊装至预设好的地坑或者工作台，吊装过程必会浪费时间，降低装配效率，由于大型多级缸筒重力大，缸筒与吊装的夹紧工具之间的摩擦致使表面受损、缸筒脱落、缸筒间同轴度降低。

发明内容

针对现有大型多级液压缸缸筒及缸头体装配中问题较多的技术难题，本发明提供一种液压缸缸头体自适应柔性装配设备，从而实现一台设备可用于多规格多型号大型多级液压缸缸头体的装配。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种液压缸缸头体自适应柔性装配设备，包括相互独立且需配套使用的缸筒柔性夹装平台和缸头体柔性夹装平台，缸筒柔性夹装平台用于固定缸筒，且缸筒柔性夹装平台能够做垂直升降运动及沿缸筒径向的水平运动；缸头体柔性夹装平台用于固定缸头体，且缸头体柔性夹装平台能够做沿缸筒轴线的水平运动，通过调节缸筒柔性夹装平台使得缸筒轴心与缸头体轴心位于同一水平线，进一步利用缸头体柔性夹装平台带动缸头体向缸筒运动并同步旋转最终通过螺纹连接实现二者的装配。

缸筒柔性夹装平台包括缸筒夹装板，缸筒夹装板为矩形板状结构且对称开有四个卡槽，缸筒夹装板上部设置有抱紧机构和定心装置，缸筒夹装板底部设置有升降滚珠丝杠和滚珠导柱导套结构，升降滚珠丝杠设置在缸筒夹装板的中心，滚珠导柱导套结构对称设置在缸筒夹装板的四个角部位置，升降滚珠丝杠和滚珠导柱导套结构的底部垂直固定在连接板上，连接板下部设置有第一底板，连接板与第一底板间连接有垂直于缸筒轴线且水平设置的前后滚珠丝杠，升降滚珠丝杠和前后滚珠丝杠分别连接有步进电机。

缸头体柔性夹装平台包括缸头体夹装板，缸头体夹装板上部设置有支撑架、交流伺服电机和减速器，支撑架内设置有主轴，主轴的一端设置有用于固定缸头体的液压三爪卡盘，交流伺服电机的输出轴通过联轴器连接有减速机的输入轴，减速机的输出轴通过皮带轮组与主轴的另一端连接；缸头体夹装板下部固定有左右移动液压缸，左右移动液压缸的伸缩杆上连接有滑动卡轨装置，滑动卡轨装置连接有轻轨且能够沿轻轨做相对滑动，轻轨下部固定有支撑板，支撑板下部垂直连接有支撑立柱，支撑立柱底部固定有第二底板。

滚珠导柱导套结构包括滚珠导套和导柱，滚珠导套固定在缸筒夹装板底部，缸筒夹装板对应导柱的位置开有通孔且导柱能够贯穿通孔做竖直方向的伸缩运动。

定心装置包括在缸筒夹装板一侧对称设置的两个定心部件，定心部件为底角45°的等腰梯形板，定心部件与缸筒夹装板底部铰接且能够围绕铰接点实现竖直范围内的180°翻转，缸筒夹装板在与定心装置接触的位置开有凹槽。

抱紧机构包括两个对称设置的弧形卡箍，弧形卡箍一端开口且位于弧形卡箍的端部设置有销孔，弧形卡箍能够贯穿卡槽并通过固定销锁定，弧形卡箍用于缸筒的锁紧且二者为过盈配合。

液压三爪卡盘和左右移动液压缸分别连接有液压站。

定心装置、抱紧机构和液压三爪卡盘用于连接受力的部位均设置有防止表面划伤的软带，软带为聚四氟乙烯材质。

缸筒夹装板上设置有激光位移传感器，激光位移传感器垂直设置在远离缸头体一侧的缸筒轴线上。

本发明相比现有技术具有的特定技术特征及有益效果是：

1. 缸筒柔性夹装平台设置回零点并安装激光位移传感器，缸筒柔性夹装平台可快速准确地完成垂直升降及沿缸筒轴线方向的水平运动，实现缸筒与缸头体的快速对接；

2.设置在缸筒柔性夹装平台的定心装置可自动翻转，可以使缸头体装配与前一装配工序实现无缝结合，无需采用任何吊装设备，从而减少工序、节省时间，提高装配效率，并且能够避免缸筒的表面受损；

3. 定心装置采用双45°结构，有效降低缸筒与缸头体装配时的中心距误差，定心精度高，定心装置采用弹性定位方式且设有定位槽，充分体现缸筒与缸头体螺纹连接时的自适应性；

4.缸筒柔性夹具平台、定心装置、抱紧机构和液压三爪卡盘表面外加软带，软带材料采用聚四氟乙烯，保证产品在装配过程中表面不被损坏，提高产品合格率；

5. 施加于缸头体的扭矩和速度通过液压调速回路和压力控制回路实现自适应量化控制大小，保证装配过程中螺纹平稳啮合，以免因用力过大、速度过快，导致螺纹受损，导致产品合格率及使用寿命下降；

6.本发明采用安全可靠的液压传动、单片机及PLC融合实现自动化控制，有效提高装配效率，降低了工人操作的难度，装配时安装缸筒和缸头体的方式方便、快速、自动化程度高；

7.本发明设计合理，可适用于不同规格及型号的大型多级液压缸缸头体的张培，同时对小批量生产的大型多级液压缸装配可有效节省设计工装带来的时间成本及费用成本。

附图说明

图1为本发明设备的三维结构示意图；

图2为本发明设备的结构示意正视图；

图3为图1中定心装置翻转状态下的结构示意图；

图4为图2中缸筒夹装板的结构示意俯视图。

图中：1-稳定轴承片，2-升降滚珠丝杠，3-滚珠导套，4-缸筒夹装板，5-定心装置，6-抱紧机构，7-缸筒，8-缸头体，9-液压三爪卡盘，10-交流伺服电机，11-支撑架，12-联轴器，13-主轴，14-减速机，15-皮带轮组，16-缸头体夹装板，17-轻轨，18-左右移动液压缸，19-前后滚珠丝杠，20-支撑板，21-支撑立柱，22-导柱，23-连接板，24-第一底板，25-第二底板，26-通孔，27-卡槽，28-凹槽。

具体实施方式

参照图1～图4对发明进行进一步阐述，一种液压缸缸头体自适应柔性装配设备，包括相互独立且需配套使用的缸筒柔性夹装平台和缸头体柔性夹装平台，缸筒柔性夹装平台用于固定缸筒7，且缸筒柔性夹装平台能够做垂直升降运动及沿缸筒7径向的水平运动；缸头体柔性夹装平台用于固定缸头体8，且缸头体柔性夹装平台能够做沿缸筒7轴线的水平运动，通过调节缸筒柔性夹装平台使得缸筒7轴心与缸头体8轴心位于同一水平线，进一步利用缸头体柔性夹装平台带动缸头体8向缸筒7运动并同步旋转最终通过螺纹连接实现二者的装配。

缸筒柔性夹装平台包括缸筒夹装板4，缸筒夹装板4为矩形板状结构且对称开有四个卡槽27，缸筒夹装板4上部设置有抱紧机构6和定心装置5，缸筒夹装板4底部设置有升降滚珠丝杠2和滚珠导柱导套结构，升降滚珠丝杠2设置在缸筒夹装板4的中心，滚珠导柱导套结构对称设置在缸筒夹装板4的四个角部位置，升降滚珠丝杠2和滚珠导柱导套结构的底部垂直固定在连接板23上，连接板23下部设置有第一底板24，连接板23与第一底板24间连接有垂直于缸筒7轴线且水平设置的前后滚珠丝杠19，前后滚珠丝杠19的端头设置有稳定轴承片1，升降滚珠丝杠2和前后滚珠丝杠19分别连接有步进电机。其中，滚珠导柱导套结构和前后滚珠丝杠19均设置有七级精度的刻度值。

缸头体柔性夹装平台包括缸头体夹装板16，缸头体夹装板16上部设置有支撑架11、交流伺服电机10和减速机14，支撑架11内设置有主轴13，主轴13的一端设置有用于固定缸头体8的液压三爪卡盘9，交流伺服电机10的输出轴通过联轴器12连接有减速机14的输入轴，减速机14的输出轴通过皮带轮组15与主轴13的另一端连接；缸头体夹装板16下部固定有左右移动液压缸18，左右移动液压缸18的伸缩杆上连接有滑动卡轨装置，滑动卡轨装置连接有轻轨17且能够沿轻轨17做相对滑动，轻轨17下部固定有支撑板20，支撑板20下部垂直连接有支撑立柱21，支撑立柱21底部固定有第二底板25。

滚珠导柱导套结构包括滚珠导套3和导柱22，滚珠导套3固定在缸筒夹装板4底部，缸筒夹装板4对应导柱22的位置开有通孔26且导柱22能够贯穿通孔26做竖直方向的伸缩运动。

定心装置5包括在缸筒夹装板4一侧对称设置的两个定心部件，定心部件为底角45°的等腰梯形板，定心部件与缸筒夹装板4底部铰接且能够围绕铰接点实现竖直范围内的180°翻转，缸筒夹装板4在与定心装置5接触的位置开有凹槽28。定心装置5在未使用时处于竖直向下的设置状态。

抱紧机构6包括两个对称设置的弧形卡箍，弧形卡箍一端开口且位于弧形卡箍的端部设置有销孔，弧形卡箍能够贯穿卡槽27并通过固定销锁定，弧形卡箍用于缸筒7的锁紧且二者为过盈配合。

液压三爪卡盘9和左右移动液压缸18分别连接有液压站，所述液压站设有油箱、齿轮泵、过滤器、溢流阀等。定心装置5、抱紧机构6和液压三爪卡盘9用于连接受力的部位均设置有防止表面划伤的软带，软带为聚四氟乙烯材质。

工作时，首先通过四个滚珠导套导柱结构、升降滚珠丝杠2及步进电机的协同作业，将安装缸筒7的缸筒柔性夹装平台升降至缸头体柔性夹装平台的高度，使得缸筒7和缸头体8的轴心高度尽量满足同一水平线；将缸筒柔性夹装平台上的定心装置5由下向上翻转180°并与缸筒7接触连接，实现缸筒7的定心，定心装置5采用双45°等腰梯形结构可有效保低缸筒7与缸头体8装配时的中心距误差，定心完成后利用抱紧机构6实现缸筒7的快速抱紧，提高效率；进一步的，对缸筒柔性夹装平台分别在高度和水平两个方向上进行精确调整，用以最终确定缸筒7和缸头体8二者轴心位于同一水平线；进一步的，控制缸头体柔性夹装平台，通过液压调速回路和压力控制回路控制控制缸头体柔性夹装平台带动缸头体8向缸筒7方向水平运动；与此同时，交流伺服电机10通过减速机14、皮带轮组15、主轴13驱动缸头体8旋转，且施加于缸头体8的扭矩和速度大小需保证缸头体8能够与缸筒7平稳实现螺纹啮合，以免用力过大或速度过快导致连接螺纹受损，从而降低产品合格率及使用寿命。

调整缸筒7和缸头体8二者轴心使其位于同一水平线的具体调节过程：同步采用激光位移传感器检测缸筒7轴线相对于缸头体8轴线的偏移量，根据偏移量大小，通过升降滚珠丝杠2、滚珠导柱导套结构及步进电机进行垂直方向的精调，通过前后滚珠丝杠19及步进电机进行垂直于缸筒7轴线方向的水平精调，实现缸筒7与缸头体8轴线的精确对中。其中，激光位移传感器垂直设置在远离缸筒夹装板4上。激光位移传感器也可为独立装置且与本发明设备不连接，当需要测量缸筒7和缸头体8的轴线偏移量时，仅需要将激光位移传感器设置在远离缸头体8一侧的缸筒7轴线上即可。

本发明自适应柔性装配设备理解为能够满足不同尺寸规格的缸筒7及缸头体8的装配需求。缸筒柔性夹装平台中的升降滚珠丝杠2可替换成液压千斤，前后滚珠丝杠19可替换为能实现其前后水平运动的类似构件，例如电动推杆、直线导轨或液压推杆；同理，缸头体柔性夹装平台中的轻轨17和左右移动液压缸18的相互配合部件可替换成电动推杆、直线导轨、液压推杆或水平设置的滚珠丝杠，交流伺服电机10也可用液压马达实现替换。

此外，本发明中的抱紧机构6和定心装置5可引入PLC控制系统及液压传动或单片机实现自动化控制，且PLC控制系统可同步完成缸筒柔性夹装平台和缸头体柔性夹装平台的对中和装配工作，从而使本发明最大限度地实现自动化和智能化。

本发明能够有效解决现有缸筒7和缸头体8装配过程中采用吊装方式带来的操作繁琐、装配效率低下，缸筒7与吊装夹具接触表面易受损，甚至发生缸筒脱落等历史性难题。

Claims (9)

1.一种液压缸缸头体自适应柔性装配设备，其特征在于：包括相互独立且需配套使用的缸筒柔性夹装平台和缸头体柔性夹装平台，缸筒柔性夹装平台用于固定缸筒（7），且缸筒柔性夹装平台能够做垂直升降运动及沿缸筒（7）径向的水平运动；缸头体柔性夹装平台用于固定缸头体（8），且缸头体柔性夹装平台能够做沿缸筒（7）轴线的水平运动，通过调节缸筒柔性夹装平台使得缸筒（7）轴心与缸头体（8）轴心位于同一水平线，进一步利用缸头体柔性夹装平台带动缸头体（8）向缸筒（7）运动并同步旋转最终通过螺纹连接实现二者的装配。

2.根据权利要求1所述的一种液压缸缸头体自适应柔性装配设备，其特征在于：缸筒柔性夹装平台包括缸筒夹装板（4），缸筒夹装板（4）为矩形板状结构且对称开有四个卡槽（27），缸筒夹装板（4）上部设置有抱紧机构（6）和定心装置（5），缸筒夹装板（4）底部设置有升降滚珠丝杠（2）和滚珠导柱导套结构，升降滚珠丝杠（2）设置在缸筒夹装板（4）的中心，滚珠导柱导套结构对称设置在缸筒夹装板（4）的四个角部位置，升降滚珠丝杠（2）和滚珠导柱导套结构的底部垂直固定在连接板（23）上，连接板（23）下部设置有第一底板（24），连接板（23）与第一底板（24）间连接有垂直于缸筒（7）轴线且水平设置的前后滚珠丝杠（19），升降滚珠丝杠（2）和前后滚珠丝杠（19）分别连接有步进电机。

3.根据权利要求1所述的一种液压缸缸头体自适应柔性装配设备，其特征在于：缸头体柔性夹装平台包括缸头体夹装板（16），缸头体夹装板（16）上部设置有支撑架（11）、交流伺服电机（10）和减速机（14），支撑架（11）内设置有主轴（13），主轴（13）的一端设置有用于固定缸头体（8）的液压三爪卡盘（9），交流伺服电机（10）的输出轴通过联轴器（12）连接有减速机（14）的输入轴，减速机（14）的输出轴通过皮带轮组（15）与主轴（13）的另一端连接；缸头体夹装板（16）下部固定有左右移动液压缸（18），左右移动液压缸（18）的伸缩杆上连接有滑动卡轨装置，滑动卡轨装置连接有轻轨（17）且能够沿轻轨（17）做相对滑动，轻轨（17）下部固定有支撑板（20），支撑板（20）下部垂直连接有支撑立柱（21），支撑立柱（21）底部固定有第二底板（25）。

4.根据权利要求2所述的一种液压缸缸头体自适应柔性装配设备，其特征在于：滚珠导柱导套结构包括滚珠导套（3）和导柱（22），滚珠导套（3）固定在缸筒夹装板（4）底部，缸筒夹装板（4）对应导柱（22）的位置开有通孔（26）且导柱（22）能够贯穿通孔（26）做竖直方向的伸缩运动。

5.根据权利要求4所述的一种液压缸缸头体自适应柔性装配设备，其特征在于：定心装置（5）包括在缸筒夹装板（4）一侧对称设置的两个定心部件，定心部件为底角45°的等腰梯形板，定心部件与缸筒夹装板（4）底部铰接且能够围绕铰接点实现竖直范围内的180°翻转，缸筒夹装板（4）在与定心装置（5）接触的位置开有凹槽（28）。

6.根据权利要求5所述的一种液压缸缸头体自适应柔性装配设备，其特征在于：抱紧机构（6）包括两个对称设置的弧形卡箍，弧形卡箍一端开口且位于弧形卡箍的端部设置有销孔，弧形卡箍能够贯穿卡槽（27）并通过固定销锁定，弧形卡箍用于缸筒（7）的锁紧且二者为过盈配合。

7.根据权利要求3所述的一种液压缸缸头体自适应柔性装配设备，其特征在于：液压三爪卡盘（9）和左右移动液压缸（18）分别连接有液压站。

8.根据权利要求1所述的一种液压缸缸头体自适应柔性装配设备，其特征在于：定心装置（5）、抱紧机构（6）和液压三爪卡盘（9）用于连接受力的部位均设置有防止表面划伤的软带，软带为聚四氟乙烯材质。

9.根据权利要求1～8中任意一项所述的一种液压缸缸头体自适应柔性装配设备，其特征在于：缸筒夹装板（4）上设置有激光位移传感器，激光位移传感器垂直设置在远离缸头体（8）一侧的缸筒（7）轴线上。