机油冷却器自动装备线压紧工位装备设计

无锡职业技术学院毕业设计说明书1第一章 引 言随着汽车工业的发展，发动机的转速和功率不断提高，热负荷也越来越大，对发动机润滑系统的可靠性提出了更高的要求。而机油的温度是影响可靠性最主要的因素之一。机油温度过高，其粘度和稳定性显著下降，氧化变质加剧，机油的压力偏低，润滑性能显著下降，这容易造成烧瓦轴、烧曲轴、缸套拉伤等故障。因此，为控制发动机机油的温度，保证各部件可靠而有效的润滑，当机油的温度超过一定值时，就应该使用一定的装置使其降低到合理的范围，机油冷却器就是用来对发动机润滑用机油进行冷却的装置，它可以保持发动机工作状态下可靠的润滑，降低发动机零部件的磨损，提高其工作可靠性和寿命，同时由于润滑性能得到保证，也就间接地降低了发动机本体的制造精度，所以机油冷却器对车载发动机来说是必不可少的配套装置。目前，圆盘式机油冷却器由于其结构紧凑、冷却效果好得到广泛应用，市场需求不断增加，预计今年扬州通洋机油冷却器有限公司产量将达到 40 万件。冷却器中有一个芯子总成，它由多层空心圆盘状散热片组成，各层之间有一层水隔板，他们交替地堆叠起来并通过钎焊焊接在一起。芯子总成与冷却器下壳之间也是以钎焊实现连接与密封的。各层散热片的空心部分由两根上下串通的孔道相连，一个圆孔，一个方孔，分别作为进、出油孔，机油通过这两根管道在芯子总成内部流动，而水在芯子总成与冷却器外壳之间的空腔循环。二者是完全隔开的，这样就实现了机油和水的热交换。1.1 课题的来源、意义1.1.1 课题的来源本课题是扬州通洋机油冷却器厂的委托项目。该厂现有采用的是人工装配。在芯子总成装配中，工人仅用一面一孔定位（套筒固定散热片中心孔） ，周向定位完全是靠人工调整，最后用长销，利用散热片的圆孔矫正定位。然后再由另外一名工人拿到压力机上，加压块和螺母（机油冷却器的中心孔内插有一底部联结一圆盘的长销，长销的另一端加工有螺纹，垫入一块压块后，旋入螺母） ，按动气动按钮对机油冷却器进行预紧，然后手工拔除长销，再加压保压，手工旋紧螺母，最后通过按钮松开冷却器。可以看出整个装配过程显得很复杂，而且都离不开人的应变性，智能性。 基于市场的需求，要扩大生产规模，因此扬州通洋机油冷却器厂委托李益无锡职业技术学院毕业设计说明书2民老师设计一套自动装配线，来提高生产率，降低生产成本，保证产品质量，减轻工人的劳动强度。1.1.2 课题的意义本项目的创新之处在于采用机电气一体化的自动化技术来解决制约机油冷却器产品质量和产量提高的装配工艺的瓶颈，实现由人工装配向自动化装配的转变。目前机油冷却器自动装配线的研制开发在国内同类型生产企业尚属首次。随着我国现代化进程的加快，汽车工业得到了迅猛的发展，扬州市的汽车工业已成为扬州多个优势产业中的一个，我市的水箱、油箱、活塞环等在业内具有一定优势，目前扬州正努力成为全国乃至世界的汽车零部件基地。而机油冷却器可以保持发动机工作状态下可靠的润滑。提高其工作可靠性和寿命，降低发动机本体的制造精度，对于车载发动机来说是必不可少的配套装置。圆盘机油冷却器由于其结构及性能的优势，在机油冷却器市场中的需求越来越大。通过本项目的研制开发，促进圆盘机油冷却器产品制造企业的制造装备的技术进步，降低产品的制造成本，保证产品的装配质量，提高产品的装配工作效率从而提高产品的质量和生产率。以适应企业扩大生产规模，及时应对国内外客户的订货需求。因此本项目的实施对企业的发展、技术进步及创造良好的经济效益与社会效益都具有十分重要的意义，同时也对扬州努力成为全国乃至世界的汽车零部件基地起到推动作用。无锡职业技术学院毕业设计说明书3第二章 总体方案设计2.1 机油冷却器自动装配线的设计要求厂方要求装配线的总长不超过 5 米，装配线要达到单班（8 小时）日产1200 件以上。完成单件装配平均耗时 :36024()1tS因此装配线的任何工位耗时都不得超过 24 秒。这就要求本设计要达到紧凑的结构和较高的装配效率的统一，在设计中，我们要充分地考虑装配质量、效率和成本。2.2 装配方案设计2.2.1 装配工艺分析与确定本课题的难点在于产品结构比较复杂（详见图 2-1 机油冷却器爆炸图） ，机油冷却器的自动化装配，由于受其组成零件的不同类型及形状限制，很难实现其全部零件的全部自动化装配。由图可知装配过程中大量重复性动作主要集中在水隔板焊片（铜片） 、水隔板、散热片的交替装配上。在本设计开始之前，芯子总成的手工装配效率很低，主要是由于散热片、水隔板、以及铜片的数量比较多（分别为 11、12 和 24 片） ，每层装配都要保证位置精确，并且不能装错数量和顺序，否则产品会不合格。这是多次的重复劳动，耗时很大。因此该工位可以通过机械手交替装配实现自动化。上下盖和上下外壳的装配量很小（各为1 片） ，而且结构不利于机械手的抓取，因此采用人工装配。水隔板焊片（铜片） 、水隔板、散热片的交替装配在实现自动化装配的时候要考虑到如何更好的实现机械手的抓取。因为铜片面积小，中间多孔，无法用真空吸盘抓取；又因为铜片很薄，质量轻，不易于磁吸盘分料抓取。所以我们在设计前打算对水隔板结构进行适应性改造，取消了水隔板与散热片之间的 24层铜片钎料，采用复合材料（水隔板两面镀铜） ，或用事先由另外一个工序将水隔板无锡职业技术学院毕业设计说明书4图 2-1 机油冷却器爆炸示意图和两面铜片焊合的水隔片总成取而代之。这样就可实现对水隔片总成和散热片的机械手自动装配。又考虑到每个工位不得超过 24 秒，而装配零件数又很多，我们决定把机械装配工位设计为两个机械手工步，以达到减少工时的目的。水隔片总成和散热片都为薄片形状零件，其自动装配通过机械手动作实现。由于水隔片总成零件表面积不大，故考虑采用磁盘式机械手装配；而对于散热片零件，其表面积较大，可采用吸盘式机械手装配。这两个零件的装配顺序通过可编程控制器来控制。在机油冷却器装配完成主要所有零件的装配后，需要对机油冷却器进行压紧，然后再夹紧，完成零件的最后装配。现有的人工装配时该工序是通过螺旋夹紧，即把机油冷却器通过中心孔套在一个中间插有长销（长销的另一端加工有螺纹）的底座上，垫入一块压块后，按下气动压头开关，在压头压紧冷却器时手工旋入螺母进行夹紧。现在自动化装配线上，为了有利于实现装配自动化，节约装配时间，以及保证装配的可靠性和稳定性，我们通过压力机来实现机油冷却器的自动压力夹紧。无锡职业技术学院毕业设计说明书52.2.2 装配线传送方案的比较与确定：按照自动装配的要求，装配机（线）的结构可设计为圆盘回转式、直进式和矩形环转式。方案一：回转式结构较简单，定位精度易于保证，装配工位少，适用于装配零件数量少的中小型部件和产品，基础件可连续传送或间歇传送。但是在本装配中，我们还有两个手工工位，它不宜与手动装配一起组合装配。且占地面积较大，也不可驻料工作，工时较长。可行性差。方案二：直进式，直进式包括非同步直进式和同步直进式。非同步直进式装配工位数不受限制，调整较灵活，基础件间歇传送。适用于自由节拍、装配工序复杂、手工装配与自动装配相组合的装配线上。同步直进式的每个工位的生产节拍是同步的，相对自由性较小。本案例要用随行夹具定位，并且解决随行夹具的返回装置。这里随行夹具在压紧工位的卸与之后的自动上装是难点较大的设计。可行。方案三：矩形环转式，拥有直进式的优点，占地面积大，可以两组装配线同时工作，节省工时。并且无需设计随行夹具的返回装置，只要一个换向装置。可行。厂方要求占地面积较小，生产线不得超过 5 米，基于厂方的意见与分析我们采用同步直进式装配线。2.3 总体方案的确定结合以上对机油冷却器的装配工艺的分析，机油冷却器自动装配线的装配工序和装配方法为：图 2-2 装配线流程图第一工位：这一工位是在随行夹具到位后人工放上底座、下盖、下盒以及铜焊丝，并可能在底座和下盖间放上一张石棉纸，以防止入炉焊接过程中夹具体损伤下盖表面。第二工位：这一工位使用两个机械手装配散热片和水隔片总成。其中散热无锡职业技术学院毕业设计说明书6片用吸盘式，水隔板用电磁式机械手。二者交替动作，进行芯子总成的装配。第三工位：手工装配上壳、上盖以及焊片，并放上石棉纸和压块。第四工位：压力机自动压紧装配好的工件，并夹紧。最后压头复位，工件由工人取下。随行夹具也由一个气缸推离抽头，等待回送到装配线起点，以再次利用。机油冷却器自动装配线的总体布局，及自动装配线的运动循环图如下： 图 2-3 机油冷却器自动装配线的总体布局图无锡职业技术学院毕业设计说明书7图 2-4 自动装配线的运动循环图无锡职业技术学院毕业设计说明书8第三章 压紧工位装备设计3.1 机油冷却器定位方案的比较与确定机油冷却器外形如图 3-1 所示：图 3-1 机油冷却器外形手工装配中，先用两个定位孔进行周向定位，装配下盖、铜片、下壳及三四层的水隔片和散热片。在有一定高度时在进油口插入一根长销，底座的中心轴上套上套筒采用中心孔和进油孔定位，装配以上的水隔片和散热片上壳体与上盖。可以看出其自动化定位程度低，不易于实现自动化装配。为了实现装配自动化，整个产品所有零件的装配都应尽量采用统一的定位基准。小组考虑的定位方案有：方案一：采用中心孔和进油孔定位 中心孔是通的，直接由底座（带长销）定位，但是由于下盖在进油孔位置不通，只能在芯子装配一定高度再加入长销定位，这样前面的芯子就没有被定位到。不可行。方案二：采用中心孔和出油方孔定位（两者上下都是通的） 。设计一个带柱销和方销的夹具，由于上盖的方孔比其它的方孔都小，所以方销尺寸应该以冷却器压紧时方孔的高度来设计，上盖以上位置的方销小于方盖以下。问题是位置定了之后，当压紧时，只要当压过设定高度，就会造成对方销的压损。改造：以上盖方孔的大小设计上下同粗的方销，但这样由于太薄，销的周向定位削落了。可行性弱。无锡职业技术学院毕业设计说明书9方案三：采用两个小孔定位（原来不通的，将其做成上下贯通的通孔，不影响产品的任何性能） ，但是由于定位销过于细长，装配中这定位销的导向部分会太细，刚度和强度会较弱。鉴于两小孔在冷却器的工作中不起任何作用,可对其结构适当修改加粗。可行性强。 经过小组对其装配工艺反复讨论后，决定用这两个圆柱销所在位置的两个小孔定位。经厂方同意，将小孔直径由原来的毫米扩大到毫米，这样改进后用其定位的可行性大大提高。与之对应的两个定位销直接装配在随行夹具上（随行夹具请看李红兵的设计） ，这样就实现了装配线的自动定位。图 3-2 随行夹具3.2 机油冷却器夹紧方案的比较与确定现有的手工装配中，采用的六角螺母和螺栓夹紧，用气缸驱动压紧，压力机（工作压强约在 0.25 MPa）压紧壳体后，拧紧六角螺母之前需要用钳子将套筒和长销拔出，以保证手工拧紧螺栓时的空间，操作上费时又费力，这在自动装配过程很难实现。自动化装配线上，为了有利于实现装配自动化，节约装配时间，以及保证装配的可靠性和稳定性，我们需要对先前的定位（上面已经阐述）及夹紧机构进行优化设计。方案一：螺栓式夹紧 由于定位方案中取消了套筒，只要在上个手工工位装配上压块和螺母。问题是对于螺母的自动旋紧难度较大，它需要配有自动扳手才能实现装配自