掛架組裝機(jī)擋圈壓裝機(jī)構(gòu)異響卡頓分析及改良

引言

掛架組裝機(jī)是南京康尼電氣技術(shù)有限公司為康尼軌道總部生產(chǎn)部門設(shè)計(jì)的塞拉門掛架專用裝配設(shè)備,適用于地鐵車門塞拉門掛架的裝配作業(yè),能夠代替人工實(shí)現(xiàn)地鐵門、高速列車門上的多種型號掛架組件全自動裝配,并配合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)維和遠(yuǎn)程診斷功能。該掛架組裝機(jī)在試生產(chǎn)過程中,出現(xiàn)了擋圈壓裝時(shí)擋圈氣動壓頭發(fā)生卡頓并伴隨異響的異常情況,由此判定擋圈壓裝機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障。

1掛架組裝機(jī)及擋圈壓裝機(jī)構(gòu)工作原理

1.1掛架組裝機(jī)工作原理

掛架組裝機(jī)由工作站底座、機(jī)器人單元、注脂單元、裝配轉(zhuǎn)盤、擋圈壓裝單元、軸承壓裝單元、軸承供料單元、掛架供料單元、電控系統(tǒng)以及護(hù)欄等組成,總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 掛架組裝機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

供料單元用于提供軸承和掛架的原材料,首先機(jī)器人將掛架放入壓裝區(qū),壓裝區(qū)配有裝配轉(zhuǎn)盤,由凸輪分割器驅(qū)動,有4個(gè)工位,分別是1#上下料工位,用于機(jī)器人上下料:2#擋圈壓裝單元,用于壓裝下?lián)跞?3#軸承壓裝單元,用于壓裝直線軸承:4#擋圈壓裝單元,用于壓裝上擋圈。掛架放入裝配轉(zhuǎn)盤后,機(jī)器人抓取軸承,放入注脂單元,進(jìn)行注脂,注脂完成后,機(jī)器人抓取軸承放入3#軸承壓裝單元,等待壓裝。裝配好的掛架會回轉(zhuǎn)到1#工位,機(jī)器人單元末端治具帶有相機(jī),可以對裝配好的掛架進(jìn)行拍照檢測,檢測合格的產(chǎn)品就會被放入掛架供料單元的空料箱。

1.2擋圈壓裝機(jī)構(gòu)工作原理

擋圈壓裝機(jī)構(gòu)采用通過錐套將擋圈縮緊并推入內(nèi)孔方式[1]實(shí)現(xiàn)自動壓裝,結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1一擋圈氣動壓頭:2一擋圈收緊維套:3一凸輪分割器:4一壓裝轉(zhuǎn)盤:

5一掛架定位工裝:6一掛架:7一掛架氣動定位壓緊塊:

8一擋圈供料倉:9一擋圈推料機(jī)構(gòu):10一孔用彈性擋圈。

圖2 擋圈壓裝機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成

首先掛架氣動定位壓緊塊7下降并將掛架6定位壓緊:然后擋圈推料機(jī)構(gòu)9將擋圈供料倉8里的最下面一個(gè)擋圈推至擋圈收緊錐套2正上方,如圖2中孔用彈性擋圈10的位置。隨后擋圈氣動壓頭1在氣缸的推動下向上運(yùn)動,把孔用彈性擋圈10推入到擋圈收緊錐套2中,孔用彈性擋圈10收緊到一定程度,擋圈氣動壓頭1就和擋圈收緊錐套2一起向上運(yùn)動,直到擋圈收緊錐套2的上表面與掛架定位工裝5接觸,并抵達(dá)掛架6正下方。擋圈氣動壓頭1繼續(xù)向上運(yùn)動,孔用彈性擋圈10被進(jìn)一步收緊,直至其外徑等于掛架6內(nèi)孔直徑時(shí),孔用彈性擋圈10會進(jìn)入掛架6內(nèi)孔。擋圈氣動壓頭1行程結(jié)束后,孔用彈性擋圈10正好卡入掛架6的擋圈定位槽。

2擋圈壓裝機(jī)構(gòu)運(yùn)行過程中的故障情況

結(jié)合掛架組裝機(jī)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況及擋圈壓裝機(jī)工作原理來看,設(shè)備出現(xiàn)異常的主要現(xiàn)象有以下3種:

(1)擋圈壓裝機(jī)構(gòu)在壓裝擋圈時(shí)會伴隨著"當(dāng)"一聲異響,聲音較大,為非正常壓裝的聲音。

(2)擋圈壓裝機(jī)構(gòu)在壓裝擋圈時(shí),擋圈壓裝氣缸的行程中后端會發(fā)生運(yùn)行速度突變,產(chǎn)生卡頓的情況。

(3)在擋圈壓裝機(jī)構(gòu)壓裝擋圈的時(shí)候,擋圈有一定概率無法壓入掛架內(nèi)孔。

3原因分析

(1)經(jīng)過長時(shí)間觀察和測量,確定異響的主要原因是擋圈壓入掛架卡槽時(shí)與卡槽上邊緣發(fā)生撞擊。另外,氣缸雖為平穩(wěn)運(yùn)動型氣缸,控制回路如圖3所示,但為了保證生產(chǎn)節(jié)拍,無法將氣缸出入口的節(jié)流閥調(diào)節(jié)太小,所以氣缸運(yùn)行速度無法在末端快速降低也是發(fā)生異響的原因之一。

(2)擋圈壓裝氣缸的行程中后端發(fā)生速度突變卡頓,原因之一是因?yàn)榭臻g有限,無法把氣缸缸徑做得很大,導(dǎo)致氣缸推力余量較小:原因之二是擋圈收緊錐套的表面硬度偏低,導(dǎo)致?lián)跞υ谏闲羞^程中,其兩端的尖點(diǎn)會將擋圈收緊錐套表面劃傷,導(dǎo)致阻力忽上忽下,從而導(dǎo)致?lián)跞鈩訅侯^上行運(yùn)動發(fā)生卡頓。

(3)對于擋圈有一定概率無法壓入掛架內(nèi)孔的情況,主要原因是掛架為定型批量產(chǎn)品,但工藝要求比較低,掛架內(nèi)孔公差較大,端面的倒角尺寸無法有效控制,導(dǎo)致?lián)跞M(jìn)入掛架內(nèi)孔的瞬間,有一定概率會卡在倒角邊緣。

4處理方法

(1)針對異響的故障處理方法:

1)調(diào)節(jié)擋圈氣動壓頭行程尺寸,保證擋圈氣動壓頭最高點(diǎn)與掛架卡槽上邊緣有0.1mm的間隙,防止擋圈對掛架卡槽上邊緣形成撞擊,這樣既保護(hù)了掛架卡槽,也有效降低了噪聲。

2)氣缸兩端設(shè)置氣緩沖,緩沖行程為10mm,緩沖后活塞運(yùn)動速度≤0.01m/s。因額外設(shè)置了末端氣緩沖,所以中間行程的運(yùn)動速度可以根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)調(diào)快,以便縮短生產(chǎn)節(jié)拍。

(2)針對速度突變和卡頓問題,目前缸徑為小63mm,因?yàn)榭臻g限制,無法繼續(xù)增加,氣源工作壓力為0.75MPa,為工廠統(tǒng)一要求,也無法繼續(xù)提高,所以氣缸的推力維持原狀。故處理方法是更換擋圈收緊錐套材料,材料由原來的40Cr改為40Crmo,改善熱處理和表面處理工藝,增加滲碳處理,能夠有效提高表面硬度和耐磨性,保證表面硬度不低于HRC55,錐面粗糙度在Ra0.8以內(nèi),可以有效降低阻力。

(3)針對掛架端面的倒角導(dǎo)致?lián)跞M(jìn)入掛架內(nèi)孔的問題,文獻(xiàn)提出了擋圈壓裝導(dǎo)向薄壁的結(jié)構(gòu),本文稱之為"導(dǎo)向唇",不僅可以有效解決掛架倒角阻滯擋圈的問題,同時(shí)也保護(hù)了內(nèi)表面和倒角面。目前的主要問題是導(dǎo)向唇的厚度不是隨意設(shè)定的,過大容易導(dǎo)致?lián)跞^度壓縮,經(jīng)過測試分析,導(dǎo)向唇的厚度不能超過1mm,根據(jù)文獻(xiàn)考慮熱處理后變形影響,加工以及變形累計(jì)公差A(yù)不超過±0.1mm。此外,因?yàn)閷?dǎo)向唇薄壁結(jié)構(gòu)比較容易磨損,所以作為易損件要容易更換且成本盡量降低,故將導(dǎo)向唇作為單獨(dú)可拆零件,如圖4所示。擋圈收緊錐套到位后,導(dǎo)向唇的薄壁插入掛架內(nèi)孔,如圖5所示。對導(dǎo)向唇進(jìn)行有限元受力分析,設(shè)置4個(gè)沉孔為夾具固定位置,薄壁厚度s=0.8mm,沿薄壁施加f=3000N的壓力,經(jīng)過計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算,薄壁邊緣最大位移量為8=0.008781mm,近似為0.01mm,如圖6所示。已知裝配同軸度公差為小=0.05mm,所以可知最終薄壁最大實(shí)體厚度為t=s+8+小+A=0.96mm,滿足不能超過1mm的使用要求。

圖4 導(dǎo)向唇構(gòu)件示意圖

圖5 導(dǎo)向唇到位后與掛架的相對位置示意圖

圖6 導(dǎo)向唇受力后的形變分析

5改進(jìn)后的效果

卡頓異響大多是由阻力異常、行程速度設(shè)置不匹配引起的,經(jīng)過調(diào)整氣缸末端尺寸,增加氣緩沖,提高擋圈收緊錐套強(qiáng)度和硬度,同時(shí)增加有導(dǎo)向作用的導(dǎo)向唇構(gòu)件,改進(jìn)后的擋圈壓裝機(jī)構(gòu)壓裝過程非常順滑,噪聲也很小,壓裝擋圈的成功率提升至100%。

通過改進(jìn)擋圈壓裝機(jī)構(gòu),設(shè)備的故障時(shí)間大幅縮短,也減少了對產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)能的影響,實(shí)現(xiàn)了降本增效。同時(shí),也對后續(xù)相似機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作起到了一定指導(dǎo)作用。

6結(jié)語

本文介紹了擋圈壓裝機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理,對其使用過程中出現(xiàn)的異常進(jìn)行了分析和總結(jié),并提出了針對性解決方案,對后續(xù)設(shè)備的維護(hù)以及相似機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作可以起到一定指導(dǎo)作用,也極大地提高了設(shè)備穩(wěn)定性和公司生產(chǎn)效益。