引言

掛架組裝機是南京康尼電氣技術有限公司為康尼軌道總部生產部門設計的塞拉門掛架專用裝配設備,適用于地鐵車門塞拉門掛架的裝配作業(yè),能夠代替人工實現地鐵門、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)互聯網技術實現智能運維和遠程診斷功能。該掛架組裝機在試生產過程中,出現了擋圈壓裝時擋圈氣動壓頭發(fā)生卡頓并伴隨異響的異常情況,由此判定擋圈壓裝機構出現故障。

1掛架組裝機及擋圈壓裝機構工作原理

1.1掛架組裝機工作原理

掛架組裝機由工作站底座、機器人單元、注脂單元、裝配轉盤、擋圈壓裝單元、軸承壓裝單元、軸承供料單元、掛架供料單元、電控系統以及護欄等組成,總體結構如圖1所示。

圖1 掛架組裝機結構示意圖

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

1.2擋圈壓裝機構工作原理

擋圈壓裝機構采用通過錐套將擋圈縮緊并推入內孔方式[1]實現自動壓裝,結構如圖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:9一擋圈推料機構:10一孔用彈性擋圈。

圖2 擋圈壓裝機構結構組成

首先掛架氣動定位壓緊塊7下降并將掛架6定位壓緊:然后擋圈推料機構9將擋圈供料倉8里的最下面一個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,并抵達掛架6正下方。擋圈氣動壓頭1繼續(xù)向上運動,孔用彈性擋圈10被進一步收緊,直至其外徑等于掛架6內孔直徑時,孔用彈性擋圈10會進入掛架6內孔。擋圈氣動壓頭1行程結束后,孔用彈性擋圈10正好卡入掛架6的擋圈定位槽。

2擋圈壓裝機構運行過程中的故障情況

結合掛架組裝機現場實際運行情況及擋圈壓裝機工作原理來看,設備出現異常的主要現象有以下3種:

(1)擋圈壓裝機構在壓裝擋圈時會伴隨著"當"一聲異響,聲音較大,為非正常壓裝的聲音。

(2)擋圈壓裝機構在壓裝擋圈時,擋圈壓裝氣缸的行程中后端會發(fā)生運行速度突變,產生卡頓的情況。

(3)在擋圈壓裝機構壓裝擋圈的時候,擋圈有一定概率無法壓入掛架內孔。

3原因分析

(1)經過長時間觀察和測量,確定異響的主要原因是擋圈壓入掛架卡槽時與卡槽上邊緣發(fā)生撞擊。另外,氣缸雖為平穩(wěn)運動型氣缸,控制回路如圖3所示,但為了保證生產節(jié)拍,無法將氣缸出入口的節(jié)流閥調節(jié)太小,所以氣缸運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,原因之一是因為空間有限,無法把氣缸缸徑做得很大,導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,導致擋圈在上行過程中,其兩端的尖點會將擋圈收緊錐套表面劃傷,導致阻力忽上忽下,從而導致擋圈氣動壓頭上行運動發(fā)生卡頓。

(3)對于擋圈有一定概率無法壓入掛架內孔的情況,主要原因是掛架為定型批量產品,但工藝要求比較低,掛架內孔公差較大,端面的倒角尺寸無法有效控制,導致擋圈進入掛架內孔的瞬間,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)調節(jié)擋圈氣動壓頭行程尺寸,保證擋圈氣動壓頭最高點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,這樣既保護了掛架卡槽,也有效降低了噪聲。

2)氣缸兩端設置氣緩沖,緩沖行程為10mm,緩沖后活塞運動速度≤0.01m/s。因額外設置了末端氣緩沖,所以中間行程的運動速度可以根據現場情況適當調快,以便縮短生產節(jié)拍。

(2)針對速度突變和卡頓問題,目前缸徑為小63mm,因為空間限制,無法繼續(xù)增加,氣源工作壓力為0.75MPa,為工廠統一要求,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,可以有效降低阻力。

(3)針對掛架端面的倒角導致擋圈進入掛架內孔的問題,文獻提出了擋圈壓裝導向薄壁的結構,本文稱之為"導向唇",不僅可以有效解決掛架倒角阻滯擋圈的問題,同時也保護了內表面和倒角面。目前的主要問題是導向唇的厚度不是隨意設定的,過大容易導致擋圈過度壓縮,經過測試分析,導向唇的厚度不能超過1mm,根據文獻考慮熱處理后變形影響,加工以及變形累計公差A不超過±0.1mm。此外,因為導向唇薄壁結構比較容易磨損,所以作為易損件要容易更換且成本盡量降低,故將導向唇作為單獨可拆零件,如圖4所示。擋圈收緊錐套到位后,導向唇的薄壁插入掛架內孔,如圖5所示。對導向唇進行有限元受力分析,設置4個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,經過計算機模擬計算,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 導向唇構件示意圖

圖5 導向唇到位后與掛架的相對位置示意圖

圖6 導向唇受力后的形變分析

5改進后的效果

卡頓異響大多是由阻力異常、行程速度設置不匹配引起的,經過調整氣缸末端尺寸,增加氣緩沖,提高擋圈收緊錐套強度和硬度,同時增加有導向作用的導向唇構件,改進后的擋圈壓裝機構壓裝過程非常順滑,噪聲也很小,壓裝擋圈的成功率提升至100%。

通過改進擋圈壓裝機構,設備的故障時間大幅縮短,也減少了對產品質量及產能的影響,實現了降本增效。同時,也對后續(xù)相似機構的設計工作起到了一定指導作用。

6結語

本文介紹了擋圈壓裝機構的結構和基本工作原理,對其使用過程中出現的異常進行了分析和總結,并提出了針對性解決方案,對后續(xù)設備的維護以及相似機構的設計工作可以起到一定指導作用,也極大地提高了設備穩(wěn)定性和公司生產效益。