一种可变位螺栓拧紧装置机构设计.pdf

第 7期 2 0 1 5年 7月 组 合 机 床 与 自动 化 加 工 技 术 M o d ul a r M a ch in e To o l Au t o m a t ic M a nu f a ct ur in g Te chn iqu e No 7 J u1 2 0 1 5 文章编号 1 0 0 1 2 2 6 5 2 0 1 5 0 7 0 1 4 1 0 2 D O I 1 0 1 3 4 6 2 j cn k i mm t a m t 2 0 1 5 0 7 0 3 9 一 种可变位螺栓拧紧装置机构设计 袁付贵 杨涛 刘云飞 大连豪森设备制造有限公 司 a 机械设计部 b 电气设计部 c 研发部 辽宁 大连 1 1 6 0 3 6 摘要 针对发动机装配线某些工位上 不同位置的螺栓拧 紧问题 提 出了一种 可变位 螺栓拧 紧装置 为了实现工件的准确定位 设计 了发动机的专用夹具 重 点描述 了拧 紧装置和 夹具的结构 工作原 理 本装置的控制器使用 了西门子工控机 I P C 6 7 7 应用其 内部软 P L C模块对整个系统进行控 制 代 替 了传统 P L c 可以稳定可靠地控制 夹具完成对工件的定位抬起工作 时序控制 可变位拧 紧机构在 不同位置对螺栓进行拧 紧的操作 最后检测本工序是 否完成 目前该 系统在装配线上运转良好 关键词 可变位拧紧机构 结构设计 夹具设计 软 P L C 中图分类号 T H 1 3 2 T G 6 5 文献标识码 A St r uct u r e De s ig n o f Po s it io n v a r ie d Bo l t Ti g ht e n in g De v ice YUAN Fu g u i YANG Ta o LI U Yu n f e i a D e p a r t me n t o f M e ch a n i ca l D e s i g n b D e p a r t m e n t o f E l e ct rica l D e s ig n C D e p a rt m e n t o f R e s e a r ch a n d D e v e l o p m e n t D a l ia n H a o s e n E q u i p me n t M a n u f a ct u r e C o L t d D a l ia n L ia o n in g 1 1 6 0 3 6 C h in a Abs t r a ct I n o r d e r t o co mp l e t e p o s i ti o n v a r ie d b o l t fi g h n in g o n s o me wo r k s t a t io n s t h e pa p e r p r o p o s e d a s t r u ct u r e d e s i g n o f p o s iti o n v a r ie d b ol t t ig ht e n i n g d e v ice An e n g in e d e d ica t e d cl a mp is a l s o b r o u g h t f o r wa r d S O tha t the e n g i n e ca n p o s s e s s t h e a ccu r a t e po s it i o n Th e p a pe r h i g h l ig h t s t h e s t r u ct u r e d e s ig n in g a n d wo r k in g p ri n c i p l e o f the d e v ic e a n d t he cl a mp M o r e o ve r a s o f t P LC co n t r o l l i n g me tho d ba s e d o n S ie me ns I PC6 7 7 wa s il l us t r a t e d wh i ch h a s a l r e a d y t a k e n the p l a ce o f t r a d iti o na l PLC I t f u n cti o n s s t a b l y a n d r e l ia b l y t o po s i t i o n a n d r is e t h e w o r k p ie ce in ce r t a i n o r d e r h e l p s t o ch e ck w h e the r t h e j o b h a s b e e n d o n e in ce r t a i n p r o ce s s e t c Th e d e v ice is f u n cti o n i n g we l l O 1 1 the a s s e mb l y l in e cu r r e n t l y Ke y wo r d s p o s i t io n v a r ie d b o l t t i g h t e n in g s t r u ct ure s t r u ct u r e d e s ig n cl am p d e s ig n s o f t P LC 0 引言 在发动机装配线上 有多个工位是为了完成螺栓的 拧紧操作 在这些工位上 往往需要对多个不同位置的 螺栓进行拧紧操作 传统装配线上通常采用工人手持 拧紧枪移动的方式 但这种方式费时费力 装配效率低 为了节约劳动成本 提高生产效率 某些企业使用可控 制拧紧枪的自动拧紧机构完成上述工作 这类机构不但 存在定位不够准确的问题 而且 由于这种拧紧机构中拧 紧枪的后端要连接多条 电缆线 数据线等传输线 这些 传输线在拧紧机构工作时会发生缠绕 影响 自身的使用 寿命和整个设备的运转 因此 在发动机装配线上 在 一 个特定工位上如何实现工件的准确定位 并且完成该 工位上工件不同位置螺栓的拧紧工作 是企业提高装配 效率 建立 自动化装配线需要解决的十分重要的问题 本文提出了一种动作流畅 操作方便 运行可靠 可 提高拧紧工作效率的可变位拧紧机构 同时提出了一种 凸轮式抬起定位装置 可以实现工件的准确定位 这两种 装置配合使用 可以在特定工位上 实现发动机整体的定 位夹紧 并且完成发动机不同位置上螺栓的拧紧工作 大 大缩短了装配节拍 是发动机装配工艺的重要突破 1 工件 的装 配要求与装配工艺分析 工件 的装配要求如图 1所示 该工序需要拧紧图 1中皮带轮上4个 M1 0的螺钉 皮带轮与曲轴通过这4 个螺钉连接 螺钉中心位于 2 4 0 3的圆上 曲轴姿 态在之前工位已经保证 不在本工位实现 曲轴在本工 位已与缸体固定 如果完成半 自动装配 首先要设计 发动机夹具 使发动机准确定位 其次要设计螺栓拧紧 设备 而且还要保证二者的精度之和小于 0 3 同时还 要考虑在拧紧螺栓时 皮带轮不会发生转动 最后还需 要考虑如何在多个位置实现拧紧工作 2 1 发动机 2 4 M1 0螺钉 3 曲轴 4 皮带轮 图 1 工件装配工序图 收稿 日期 2 0 1 5 0 1 1 2 修回日期 2 0 1 5 0 3 2 3 基金项目 辽宁省科技创新重大专项 2 0 1 4 0 8 0 0 1 作者简介 袁付贵 1 9 8 l 一 男 河南周口人 大连豪森设备制造有限公司工程 师 研究方向为汽车动力总成智能化装备技术 E m a i l y u a n f u g u i h a o s e n t o n i c n o 1 4 2 组合机床与自动化加工技术 第 7期 通过以上分析 可知该变位拧紧机构的设计难度 较大 要保证其装配精度 首先要很好的解决工件的装 夹问题 2 工件定位夹具的设计 传统的抬起定位装置上实现抬起动作的驱动装置 为气缸 而采用气缸则存在着以下的缺陷 为了限制气 缸的上升高度 需要在抬起定位装置上设置死挡铁 而 一 旦需要对气缸进行维修甚至更换 就需要重新设置 死挡铁 工作量较大 要获得较大的顶升力量 需要采 用规格较大的气缸 这样就存在成本高 占用体积大的 问题 然而即使采用了规格较大的气缸 仍会存在抬起 不稳定 工件的夹具图设计如图 2所示 此夹具的主要组 成包括变频电机 驱动轴 凸轮 滚轮连接架和升降板 等 升降板上还对 称设有距 离为 3 2 0 0 0 2的两个 支 撑柱和定位销 定位方式为一面两销定位 4 1 支撑柱 2 升降 板 3 定位 销 4 变频 电机 5 导 套 6 凸 轮 凹槽 7 凸轮 图 2 夹具简图 当工件随托盘运动到该工位时 抬起定位装置升 起 其上的定位销将托盘顶起并定位 可实现工件在该 工位 的准确定位 当载有工件的托盘在辊道的输送下运动到夹具上 方时 电机工作 带动驱动轴转动 驱动轴带动另一端的 凸轮也一并转动 由于凸轮上的凸轮凹槽中嵌有滚轮 因此在凸轮转动的过程中 滚轮的水平高度也会随之发 生变化 最终实现驱动升降板的竖直方向运动的目的 而升降板在纵向运动的过程中 设置在升降板下方的导 柱会在导套中纵向运动 起到导向的作用 支撑柱对上 方的托盘进行支撑 定位销的顶端插入托盘底端 的定 位 孑 L 中 实现对托盘的支撑和定位 托起 这样利用电机 的扭矩输出 即可实现定位销的竖直方向运动 以实现 定位销对托盘的抬起或放下的动作的转换 3 变位拧 紧装置 的设计 图 3为变位拧紧机构图 为保证拧紧螺栓过程皮 带轮及相关工件能够克服拧紧轴传递的拧紧力 在曲 轴的另一侧 安装飞轮侧 增加反力臂装置 旋转工件 到位后 推拉气缸将反力臂装置运行到工作位 起到 克服拧紧力作用 在初始状态下 拧紧枪头对应第一个拧紧位置 操 作者控制拧紧枪工作 带动枪管和枪头旋转 将该位置 的螺栓拧紧 然后操作者转动手轮 手轮带动外套筒 转动 由于内套筒与中套筒之间为偏心的结构 并且中 套筒又固定的设置在机架上 因此外套筒转动时 会带 动与其直接连接的内套筒以及 内套筒中的拧紧枪运 动 这样拧紧枪就会在中套筒中做圆弧运动 而拧紧 枪和拧紧枪壳体在运动的过程 中 设置在拧紧枪壳体 下方的滑块就会在滑道 内相对滑动 而与在滑块 的带 动下 随动板也会做出相应的摆动动作 以适应于拧紧 枪壳体的位置变化 在运动的过程 中 设置在外套筒 周围的多个接近开关能够随时检测外套筒的转动角 度 进而换算出枪头的运动位置 当枪头运动至第二个 拧紧位置时 接近开关检测枪头运动到位 会向控制系 统发出信号 控制系统控制定位气缸工作 由于此时与 该加工位置相对应的定位孔运动至与定位销相配的位 置 因此定位气缸前端的定位销会插入该定位孑 L 外套 筒定位并锁定 此时拧紧枪 的枪头准确的对准第二个 拧紧位置 操作者只需要控制拧紧枪工作 将该拧紧位 置上 的螺 栓拧紧 即可 如此 反 复操直 至所 有 的拧 紧位 置上的螺栓都被拧紧 1 滑道 2 滑块 3 手轮 4 接近开关 5 移动板 6 机架 7 定位气缸 8 枪头 9 接近开关 l O 拧紧枪 图3 变位拧紧机构设计 4 控制 系统的设计 软 P L C是一种基 于 P C的新型工业控制软件 它 不仅具有传统 P L C在功能 可靠性 速度 故障查找等 方面的优势 而且更有效的利用了 P c 的其它技术 具 有高速处理数据和强大的网络通讯能力 软 P L C工作 原理如 图 4所 示 管理系统 I n t e r n e t I n t e r n e t T C P I P P L C 指 I 0 接 口 We b 令解析 单元 图 4软 P LC工 作 原理 图 传统 P L C控制系统利用现场总线技术将 P L C及 现场设备连接起来 通过上位机来对现场 P L C状态进 行监控 然后再将信息反馈到企业管理层 造成系统耗 时较长 通信不便 而软 P L C控制系统是通过高效 快捷的网络来实现对