多孔焊接件压装轴套工艺的研究

陆星春 张庆森

(浙江诺力机械有限公司，浙江 湖州 313100)

工艺装备的自动化程度直接影响装配时的劳动强度和工作效率。随着气动、液压技术的发展应用，装配过程的自动化程度越来越高;高劳动强度，高噪声污染的作业方式逐渐被淘汰，相应工艺装备的改进需求越来越迫切。

圆环棒是手动搬运车中连接车架与油泵的动力传输纽带，其装配精度直接决定整车在工作过程中的空间稳定性，在整车的运动过程中具有承上启下的作用。

1 圆环棒铜套压装现状

目前，手动搬运车行业内的圆环棒铜套的压装尚无专用设备，以笔者公司的现状为例:AC系列圆环棒轴套是由操作者手工将单个铜套放入大筋板孔定位后，再用铜锤打入。每根圆环棒装配铜套时，需要重复这样的动作6次，不仅工作效率低、劳动强度高，而且噪声超标。

本文改进的是圆环棒铜套压装工艺装备。圆环棒焊接件包括2块大筋板和1根圆环棒轴，2块大筋板呈对称状焊接在圆环棒轴的两端。焊接后两端大筋板上对应孔之间的同轴度是难以保证的。筋板上各孔及圆环棒轴上有2个孔，共有6个孔需要装入铜套。

由于焊接产生相应的应力变形，6个孔两两之间的同轴度数值难以保证，因此，6个轴套同步压入孔内难以实现，这也是多年来无法实现压装轴套自动化的主要原因［1］。

为了提高圆环棒上压装轴套的效率，并降低生产过程中的噪声污染，我们改变现有的圆环棒轴套压装方式，由手工压装改进为机械压装。

2 压套机的机械结构

圆环棒压套机是针对笔者公司现有手动搬运车圆环棒组件铜套装配工艺需求量身设计，为改变现有的圆环棒手工敲套装配工艺，自主设计制造的一种专业性非标设备。

该设备可实现在一根圆环棒上一次性同步压入6只铜套，有效地解决了原始的手工敲套、低效率和噪声大的问题。更重要的是，解决了因焊接引起的变形而无法实现自动化装配的问题。

设备外观结构如图1所示。

3 浮动压头结构

圆环棒焊接件上共有6个孔，孔内分别需要装入铜套，两端大筋板与圆环棒两端6个孔的同轴度、平行度因焊接变形而数值不确定，要实现2套或者6套同时压装，需要满足以下的要求:轴孔定位件、铜套定位件和压头浮动定位件共同组成1个整体，通过压头浮动来消除位置公差和同轴度的数值不确定因素［2］。为了消除这种偏差，我们设计了浮动压头机构，如图2所示。

浮动压头由顶杆、螺套、弹簧、钢球，及紧定螺钉等组成。

顶杆圆周上三等分均布V形槽及两处键槽，前后6颗钢球卡入V形槽，由6件弹簧、内六角圆柱端紧定螺钉支承钢珠，分别调整前后6颗内六角圆柱端紧定螺钉间距，保证顶杆外圆轴向与螺套内孔在同一轴线。为防止因顶杆旋转而引起钢珠从V形槽中滑出，由前后2件内六角圆柱端紧定螺钉卡入顶杆两处键槽内，作轴向滑动。

4 压套机的工作原理

4.1 工件的定位

工件定位由3套V形定位块及2块等高支承座组成，3套V形定位块分别排列在同一轴线和2块等高支承座相对位置，并固定在机座面板上，保证圆环棒轴的轴线与大筋板上各孔的位置尺寸，将工件放入V形定位块槽内，筋板长端搭在定位块上，保证圆环棒焊接件各孔的空间定位。

手动按下油泵启动按钮，通过电磁阀及传感器的信号传输，油缸供油，活塞杆向上运动，通过活塞杆推动使V形块上端旋转压板，围绕转轴转动，直至压紧到位，液压系统的锁紧回路进行保压锁紧，完成圆环棒的径向固定。

聚氨酯垫块的添加使得钢与钢的刚性接触变为钢与弹性塑料垫板的柔性接触，大大提高了工装的使用寿命。其结构如图3所示。

4.2 轴套压装的过程

我们将工作过程分为3个部分来分析。

第1部分，顶杆与工件孔接触前的运动过程:

将6只铜套分别套在顶杆外圆上定位，在操作面板上将启动按钮设置在自动档位，启动液压系统，在液压作用下，传动部分通过T形接头分支管道，使得两端油缸同步进给。两侧浮动压头机构上的6个压头，如图4所示。

同步向中间运动直至与圆环棒焊接件上各孔壁相碰触。这是由于焊接变形的原因，顶杆头部与相应的孔中心很难保证在同一轴线上，从而对顶杆头部产生了挤压力。

第2部分，压装的过程:

油缸继续向前推动，挤压力逐渐增大。顶杆在螺套上的定位是钢珠由3个弹簧支撑浮动，顶杆可以在圆周径向内做自由摆动［2］。在挤压力的作用下，顶杆向相反的方向运动，将相应的弹簧力作逐渐调整，从而实现与工件内孔在同一轴线上。

由广义虎克定律可知，顶杆在平面内的摆动，平面应力状态可由式(1)算出:

平面应变状态可由式(2)算出:

式中:E、G、v分别为材料的弹性模量、切变弹性模量和泊松比。应力 σx、σy、σz及应变 εx、εy、εz间的关系也适用于主应力 σ1、σ2、σ3与主应变 ε1、ε2、ε3的关系。

由式(1)和(2)，可以确定弹簧的安全系数，选择相应规格的弹簧，进而选择相应的螺套配合孔规格，以保证压头机构的正常工作。

由图5可以看出，顶杆圆头有个10°的斜坡和光滑的圆角R，减小了与孔内壁的摩擦阻力。在液压作用下，顶杆继续向前推动，顶杆头部探入圆环棒焊接件内孔，顶杆在弹簧作用下，依靠头部的倾斜性可以自由滑动，从而找正圆环棒焊接件内孔中心。在油缸的推动下，轴套与内孔配合到位，两端齐平。

第3部分，压装机构的回退:

到达极限位置后，电磁传感器给控制系统发出信号，进入油缸回退状态。在油缸的带动下，顶杆机构回到初始状态，完成工装工作的1个循环过程。

5 结语

与传统压套工艺相比，该设备具有以下优势:

(1)工件夹持部分采用液压驱动，卧式推压工件;与传统的立式压装相比，稳定性有了较大提高。

(2)6只铜套有两种不同的规格要求，台面上配备存储箱2个，可以有效地将两种铜套区分放置，便于取放，大大节省了货物堆放的空间，同时有效地节省了上料所占用的时间。该机有效工作台面1060mm×675mm，在节能降耗上效果显著。

(3)采用了360°浮动导向定心机构，能够自动找正焊接件的六孔中心，解决了多年来因焊接变形而无法采用自动化的难题。

(4)该机配备了多个系列压装模板，可以根据不同的零件规格生产需要，更换相应的浮动压头机构，使得该机具备了通用性，实现多规格压装。

(5)操作控制系统设有手动和自动控制系统，整个系统采用PLC编程控制，便于维护和保养。

(6)公司安全部门对操作区域进行了数据检测，手工装配敲套的噪声约为86 dB。该设备在使用时，噪声完全消除。

(7)设备的安全程度取决于设备结构及制造精度和控制程序的合理性，较传统的立式压套方式，安全系数有了较大提高。

(8)可实现在1根圆环棒焊接件上一次性同步压入6只铜套，通过秒表测试，工作效率提高了4～5倍。

［1］宫文强，李海强.缸套压装中压头的设计［J］.机械工程师，2003(7):74－75.

［2］罗文翠，王玉虎，李有堂，等.高速剪切机浮动送料机构的运动学分析［J］.化工机械，2011(1):60－62.