龍裕嘉 賴玉活黃 艷林偉健

(①廣西科技大學(xué)機(jī)械與交通工程學(xué)院，廣西 柳州 545616；②柳州工學(xué)院，廣西 柳州 545616)

液壓油缸為液壓鉸鏈的開合起到了緩沖作用，使相連的門板達(dá)到了靜音關(guān)門的效果[1]，是液壓鉸鏈必不可少的儲能元件。

現(xiàn)階段，由于缺少液壓油缸自動裝配機(jī)構(gòu)，其裝配還依靠人工來完成。如圖1所示，裝配過程中，主要依靠人工將兩端銷孔調(diào)整準(zhǔn)確，并將其放入治具中；由穿釘機(jī)構(gòu)完成銷釘裝配后，再通過鉚接機(jī)構(gòu)鉚接，實現(xiàn)與三角片和直臂組件的裝配。這不僅影響了液壓鉸鏈的生產(chǎn)效率和裝配質(zhì)量，也增大了工人的勞動強(qiáng)度和安全隱患[2]。為此，設(shè)計了一種新型液壓油缸裝配機(jī)構(gòu)，應(yīng)用于液壓鉸鏈生產(chǎn)線中，以代替人工裝配實現(xiàn)液壓油缸的自動化裝配。

1 液壓油缸裝配機(jī)構(gòu)整體設(shè)計

本文所研究液壓油缸如圖2所示，由缸體、活塞桿和膠粒所組成。缸體末端開有φ3 mm銷孔；活塞桿一端安裝在缸體中，另一端裝有膠粒；膠粒上端面為平面，下端面為曲面，側(cè)面開有φ2.2 mm銷孔；其中活塞桿與缸體可發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。裝配前液壓油缸兩端銷孔的朝向是隨機(jī)的，要求通過裝配機(jī)構(gòu)將兩銷孔調(diào)整至水平朝向，并確保膠粒圓弧面朝下后，再將其放置在傳輸線上的治具中。

因此，在液壓油缸裝配機(jī)構(gòu)的設(shè)計中，設(shè)計上料機(jī)構(gòu)，來實現(xiàn)液壓油缸的自動上料；設(shè)計檢測調(diào)整機(jī)構(gòu)，來實現(xiàn)液壓油缸銷孔的調(diào)整和膠粒圓弧面朝向的調(diào)整；設(shè)計夾取機(jī)構(gòu)，來夾持液壓油缸并將其安放在治具上，其整體裝配圖如圖3所示。

為了提高裝配效率，上料機(jī)構(gòu)與檢測調(diào)整機(jī)構(gòu)分別設(shè)置有兩副，對稱設(shè)置在治具兩側(cè)，裝配過程中并行工作且交替向治具上安放。選用了PLC作為機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)，選用氣缸和伺服電機(jī)作為驅(qū)動元件，通過傳感器對各個機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測。

2 上料機(jī)構(gòu)

上料裝置如圖4所示，主要由振動盤、進(jìn)料槽、直振器、擋塊、傳感器、氣缸以及定位氣缸所構(gòu)成。氣缸固定在安裝板上，其活塞桿與擋塊相連接，擋塊上側(cè)以液壓油缸為輪廓設(shè)有凹槽，凹槽左側(cè)裝有傳感器，右側(cè)與進(jìn)料槽端口對接。上料過程中，由振動盤篩選出的液壓油缸以相同朝向流入進(jìn)料槽；經(jīng)直振器輸送至進(jìn)料槽端口后，依靠自身重力滾落至擋塊凹槽中；擋塊攜帶液壓油缸上升；將液壓油缸交給夾取機(jī)構(gòu)夾持后立即下降，實現(xiàn)了液壓油缸的逐一分離和上料。

考慮到液壓油缸滾落至凹槽時前后位置會出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致上料后的位置無法統(tǒng)一。對此，在擋塊后側(cè)增設(shè)了定位氣缸，當(dāng)液壓油缸落入凹槽后將其推動到位。此外，為了避免液壓油缸落入凹槽時彈出，以及擋塊上升時液壓油缸發(fā)生移動，在擋塊凹槽下部增加了磁鐵以吸附液壓油缸。

3 檢測調(diào)整機(jī)構(gòu)

檢測調(diào)整機(jī)構(gòu)如圖5所示，主要由步進(jìn)電機(jī)、夾手氣缸、法蘭、光纖夾手、對射光纖、傳感器以及金屬環(huán)所構(gòu)成。其中光纖夾手夾取面分別以液壓缸為輪廓設(shè)有凹槽，并在對應(yīng)銷孔出設(shè)有φ2.2 mm通孔。

裝有對射光纖的光纖夾手安裝在夾手氣缸上，夾手氣缸側(cè)面裝有氣缸傳感器，并通過法蘭水平固定在電機(jī)軸上，實現(xiàn)了光纖夾手圍繞液壓油缸的轉(zhuǎn)動和夾緊。

對銷孔位置檢測時，光纖夾手在伺服電機(jī)的驅(qū)動下分別圍繞液壓油缸順時針轉(zhuǎn)動，直至光纖夾手找到銷孔，光纖光束穿過銷孔導(dǎo)通對射光纖使夾手停止轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)對銷孔位置的檢測。由于銷孔圓心始終在一個固定截面圓周上運(yùn)動[3]，因此當(dāng)對射光纖沿其截面圓周轉(zhuǎn)動檢測時總能找到銷孔；而光纖傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快的特點[4]，使光纖夾手檢測到銷孔后能夠快速停止轉(zhuǎn)動。

完成銷孔檢測后，缸體光纖夾手可夾緊缸體，而膠粒光纖夾手則對膠粒圓弧面朝向進(jìn)行判斷。判斷過程中，膠粒光纖夾手首先嘗試夾緊膠粒，若夾手凹槽與膠粒輪廓一致，夾手能夠夾緊到位，則氣缸傳感器有感應(yīng)，保持加緊狀態(tài)即可；若夾手輪廓與膠粒輪廓相反，夾手無法運(yùn)動到位，則氣缸傳感器無感應(yīng)，夾手立即張開，并逆時針旋轉(zhuǎn)180°后夾緊，完成膠粒圓弧面朝向的判斷。

待光纖夾手均夾緊液壓油缸后，夾取機(jī)構(gòu)夾手張開，光纖夾手根據(jù)PLC程序所記錄的旋轉(zhuǎn)角度退會初始狀態(tài)，并交給夾取機(jī)構(gòu)夾持，從而完成銷孔調(diào)整和膠粒圓弧面朝向調(diào)整。

由于PLC程序在對伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度計算時無法記錄其角度正負(fù)，會導(dǎo)致夾手無法準(zhǔn)確退回原位。對此在法蘭上增加了半圓型金屬環(huán)以及用于檢測金屬環(huán)的傳感器，夾手退回原位時可根據(jù)傳感器的感應(yīng)情況判斷其角度正負(fù)。

4 夾取機(jī)構(gòu)

夾取機(jī)構(gòu)設(shè)置有兩對獨(dú)立運(yùn)動的夾手，來分別參與兩側(cè)液壓油缸的裝配，如圖6所示，上下氣缸1固定在安裝板1上，其活塞桿與安裝板2相連；安裝板2上安裝有上下氣缸2，其活塞桿與裝有夾手的夾手氣缸相連，使夾手在豎直方向?qū)崿F(xiàn)了兩次不同行程的移動。

完成銷孔調(diào)整的液壓油缸最終交給夾取機(jī)構(gòu)夾持，當(dāng)傳輸線上的治具運(yùn)動到位后，夾手?jǐn)y帶液壓油缸上升，并由橫移氣缸推動至治具上方，將其安放在治具上，實現(xiàn)裝配。

5 結(jié)語

本文設(shè)計的液壓油缸裝配機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)了液壓油缸的自動化裝配，降低了員工的工作強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。如圖7所示，該機(jī)構(gòu)現(xiàn)已應(yīng)用于液壓緩沖鉸鏈生產(chǎn)線上，裝配速度能夠保持在1.5 s/件，工作質(zhì)量穩(wěn)定，有較大推廣價值。