发动机移栽桁架机械手的适应性设计与改造

马金卫，张 锋，卢浩鹏

（一拖（洛阳）柴油机有限公司，河南洛阳 471004）

0 引言

某发动机移栽桁架机械手随动端与缸体多次产生干涉，导致机械手无法拔出、带动缸体脱离定位位置，进而导致缸体顶面划伤、缸体报废。分析认为，这主要是由于随动端以油堵作为防转位置，因底孔加工位置精度不高，导致油堵与夹具产生过定位。为消除该故障，必须进行针对性改进。

1 查看故障现象

（1）通过现场观察可以看到，发动机移栽桁架机械手随动端与缸体多次产生干涉，导致机械手无法拔出，带动缸体脱离定位位置，致使缸体在提升机内倾翻，进而导致缸体顶面划伤、缸体定位销孔破裂，已经完成部分装配的机体彻底报废。

（2）典型故障过程：在发动机移栽桁架运行过程中，当桁架完成抓取和移位进入放料位后，机械手利用气动装置进行打开放置动作，当桁架机械手夹具主动侧已成功拔出，此时突然出现随动侧卡爪与缸体发生干涉、难以分离，机械手将缸体拖离定位销，现场维修人员必须利用撬杠将其分离。

（3）该故障的后果主要有：①造成较长时间的设备停机，影响生产节拍；②造成缸体顶面的磨损划痕，导致缸体报废；③导致缸体堵头变形，特别是螺纹的变形，影响堵头的密封性，成为整机性能质量隐患。

2 故障原因分析

2.1 桁架机械手夹具动作原理

（1）经过预装的缸体部件，进入提升机后由举升机构进行托盘定位，上升至机械手抓取位置后由桁架机械手进行抓取。

（2）夹具在夹紧后机械手驱动夹具携带缸体进行180°翻转，在翻转过程中，缸体两侧分别由电机带动主动侧进行翻转、随动侧进行随动翻转。

（3）翻转完成后，桁架机械手将缸体放置在内装上线提升机上面已完成定位的托盘上，在托盘定位销插入缸体后松开到位。

（4）内装上线提升机带缸体下落进入内装线，主动侧电机驱动复位，随动侧由随动气缸推动旋转复位。

2.2 随动侧工作原理

利用大圆销定位曲孔，利用增加的圆孔同时定位堵头，利用随动板定位板定位缸体端面，相当于是一面两销定位。从图1可知，堵头定位插孔机构是后来加装的，其设计原理是：由于旋转中心与曲孔中心不同心，随动侧仅有一个曲孔定位销，在翻转过程中缸体与随动板可能发生相对扭动，导致翻转歪斜，因此设计堵头定位孔避免相对运动。但该处防转机构设计要求较高，必须有足够的插销配合精度来满足防转需求，又必须有一定余量来保证插销的兼容性。

图1 桁架机械手夹具

2.3 故障原因

（1）“两销”之一堵头，本身其底孔在缸体上的位置度要求不高，导致其安装后露出部分的位置精度同样不高，因此必然会产生过定位现象，也就是严重干涉导致挤死的问题，导致机械手夹具无法脱离机体，产生设备故障。（2）用于定位堵头的机构没有安装定位销，只用了两个螺钉进行紧固，在多次受到转向力后位置度难以保证。

3 制定解决方案

制定了两个解决方案，具体见表1。

表1 两个方案对比

通过查阅缸体加工图纸，证实LR系列缸体与YT系列缸体在该位置的尺寸保持一致，即方案2可行。综合两个方案的优缺点，选择方案2。

4 方案实施

4.1 重新设计随动板

对比YT系列与LR系列缸体Ф20 mm销孔位置及结构、精度情况：两种机型销孔相对曲孔的位置都是65 mm和210 mm；两个系列缸体销孔的深度都是15 mm，并且位置度为0.06 mm；根据定位销孔位置设计改造原有随动板，由于原随动板设计较小，因此将随动板进行重新设计。

首先，由于两个系列缸体的曲孔中心高参数一致，因此保留了原有随动板曲孔定位机构的设计。

其次，根据其定位销孔的位置设计随动板为两侧展翼的整体设计，根据缸体的外形进行内缩，这样就能够保证随动板在运动过程中始终不超出缸体外形范围，避免运动干涉。

最后，在与缸体定位销孔对应位置进行钻孔加工，在图纸上明确两个定位孔的位置精度保证在0.06 mm以内，通过利用数控加工中心进行高精度定位加工保证位置精度，同时这样整体的结构设计、25 mm的厚度大大提升了随动板的整体强度，有效保证机构的稳定性。

4.2 模拟定位安装

利用电子图纸中设计的随动板、发动机及托盘进行模拟定位安装，发现其中随动板的下半部在进行抓取四缸机型动作时仍会与托盘上面的定位销产生干涉的情况而六缸机型则不存在。并且当抓取机型为YT系列缸体时与其他机型相比干涉部位则又存在较大区别；通过多次全机型比较干涉位置，决定对设计的随动板进行二次优化设计。

根据模拟装车情况对随动板底部进行优化：托盘定位销的整体高度为16 mm，如果直接将随动板底部进行去除，则两端随动定位销孔将同时被去除，机构将失去设计意义；在对应干涉位置开取防干涉槽直接避让托盘定位销，但在进行多机型转换过程中，托盘需要回转180°而托盘定位销为非对称设计，则仍可能发生干涉的问题。因此针对机型兼容，将随动板下部中间高度20 mm部分去除；针对四、六缸转换过程中产生的多余部分，将随动板下部两侧的外形更改为大圆角，消除干涉多余部分避免干涉情况发生。

4.3 设计随动定位销

随动定位销的设计思路主要是：在能充分达到定位效果的基础上保证机械手在抓取、翻转、释放过程中不与其他机构产生干涉。

首先为保证其定位效果同时考虑设备、零件的尺寸链精度，通过计算后得出该部位的定位精度应在0～0.25 mm，因此将随动定位销外圆公差设计为-0.20至-0.30，同时前端设计30°倒角，将接触部分表面光洁度设计至0.8μm以保证在作业中尽量减少抓取阻力；之后对随动定位销长度进行综合考虑，由于缸体Ф20 mm定位销孔的有效深度只有15 mm，再参考机械手打开后随动板距离缸体端面为45 mm，因此制作随动定位销的有效部分长度为10 mm，后端轴向定位轴肩部分厚度为5 mm。这样随动定位销在机械手进行抓取动作时就能够有效进行插销定位、在翻转时起到消除由于回转中心与曲孔中心不一致产生的回转扭矩、保证转位位置精度的作用。

设计随动定位销与随动板连接以随动板定位孔为基准，随动定位销后端设计M8的螺纹孔，利用随动定位销轴肩后部与随动板贴合进行轴向定位、利用随动定位销后部外圆与随动板定位孔的小间隙配合进行径向定位、用M8的螺钉配合制作的大端面垫片将随动定位销紧紧的固定在随动板上。

5 项目验证与改进效果

通过同时安装两个随动定位销对随动板回转位置进行精确调整，在试抓取顺利完成后去除其中一个随动定位销，以防止后期过定位产生干涉。通过为期十天的在线验证，新的机械手设计完全实现了兼容目前生产的发动机机型，在对LR四缸、LR六缸、YT三大系列机型进行抓取时都能够做到顺利、准确、稳定。在高负荷作业情况下，彻底消除了因为机械手夹具干涉导致的设备故障，并且为车间消除了安装与拆卸工艺螺堵两个工步，切实有效地提高了装配效率。