轉(zhuǎn)向助力器扭桿自動壓拔校直設備研制
2014-3-19 來源：數(shù)控機床市場網(wǎng) 作者：
摘要:根據(jù)轉(zhuǎn)向助力器扭桿壓拔校直工藝的要求，研制出一種自動壓拔校直設備，采用專用夾具提高系統(tǒng)精度，克服了傳統(tǒng)工藝工效低、裝配精度低等缺點。該設備在自動壓拔校直時，以PLC為控制系統(tǒng)核心，與HMI協(xié)調(diào)作用，可修改、設置相關參數(shù)，確保扭桿壓拔、校直的效率及合格率。
扭桿壓拔校直設備是用來將扭桿壓入連接軸，并對其進行拉拔測試，與此同時，對完成壓拔工藝的扭桿組件進行測量、校直的設備。此前，扭桿與連接軸通過圓柱銷連接，扭桿為光桿，連接軸為光孔，為過渡配合。因此，在將扭桿壓入連接軸后，應再打孔用銷子貫穿以達到固定的作用。如此工藝較為繁復，且不易實現(xiàn)自動化作業(yè)。目前的工藝為扭桿與連接軸之間采用過盈配合，且扭桿在連接處被加工成花鍵，將原來的彈性變形改為塑性變形，通過過盈配合產(chǎn)生足夠的過盈力來起到牢固連接的作用，省去打孔穿銷的工藝，使工藝簡化，提高效率。需要進行壓拔校直的扭桿、連接軸及壓裝好的扭桿組件如圖1所示。
1 扭桿壓拔校直設備機械系統(tǒng)
扭桿壓拔校直設備分為壓拔工位和測量校直工位。拉拔工位完成扭桿的壓裝工藝和拉拔測試工藝，測量校直工位完成扭桿組件的檢測工藝和校直工藝。雖在同一設備上，壓拔工位與檢測校直工位卻可以同時工作，而不影響系統(tǒng)精度。該設備的機械結(jié)構見圖2。
1. 1 扭桿壓拔系統(tǒng)
扭桿壓拔系統(tǒng)由伺服電機1、電動缸1、拉壓傳感器1、上夾具、下夾具、滑座、接近開關、行程開關等組成。
扭桿壓拔系統(tǒng)的動力由伺服電機1提供，通過電動缸1將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，安裝在電動缸1端部的拉壓傳感器1則及時向PLC傳遞受力信號。上夾具用于裝夾待壓裝扭桿，下夾具用于放置待壓裝連接軸。接近開關用于檢測連接軸是否裝夾到位，若無裝夾正確信號則無法進行壓拔工藝。滑座則是在完成壓裝工藝后、進行拉拔測試之前伸出，擋住連接軸，使得拉拔測試得以進行;并在完成拉拔測試后退回，使拉拔測試后的工件得以取出。行程開關是在工件裝夾都完畢且全部正確時的一個開始開關，撥動行程開關設備開始自動進行壓拔工藝。
1. 2 扭桿測量校直系統(tǒng)
扭桿測量校直系統(tǒng)由伺服電機2、電動缸2、拉壓傳感器2、頂桿、伺服電機3、氣動卡盤、激光位移傳感器等組成。
扭桿測量校直系統(tǒng)由測量系統(tǒng)和校直系統(tǒng)兩部分組成。壓拔結(jié)束的扭桿組件都需測量其跳動量，檢查是否在合格范圍內(nèi)，測量系統(tǒng)正是為了實現(xiàn)這一功能而設計的。若所測量得的跳動量大于指定值X，則由校直系統(tǒng)進行校直，使扭桿組件合格。
測量系統(tǒng)由伺服電機2、氣動卡盤、激光位移傳感器等組成。氣動卡盤用于裝夾待測扭桿組件，卡盤的高精度保證了測量數(shù)據(jù)的可靠性。激光位移傳感器用于測量待測組件到傳感器的距離。在裝夾完組件后，激光傳感器自動檢測該距離，若在指定范圍內(nèi)則自動夾緊，并由伺服電機2提供動力帶動卡盤旋轉(zhuǎn)一周。激光傳感器始終自動檢測組件距離并及時傳遞到PLC，通過PLC中一系列的運算得到組件的跳動量。
若是超過指定值X則需進行校直。校直系統(tǒng)由伺服電機3、電動缸2、拉壓傳感器2、頂桿等組成。伺服電機3提供動力，電動缸2將伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動后帶動推桿對扭桿組件進行校直。安裝于電動缸2端部的拉壓傳感器2用于檢測推力的大小并及時傳遞到PLC，這個力是校直工藝結(jié)束與否的一個判斷條件。
2 扭桿壓拔校直設備的電控系統(tǒng)
2. 1 控制系統(tǒng)硬件設計
該扭桿壓拔校直設備可實現(xiàn)手動和自動功能，它由可編程邏輯控制器( PLC)、伺服電機及人機交互界面( HMI)等組成。其中PLC是整個控制系統(tǒng)的核心，遵循經(jīng)濟、可靠、安全、合理的原則，選用歐姆龍CP1H系列CP1H - XA40DT - D[1]。HMI選用歐姆龍NS系列的NS12 - TS00B - ECV2，此款HMI的屏幕尺寸為304. 8 mm ( 12英寸)，且滿足人機交互的需要[2 -3]。激光位移傳感器選用歐姆龍ZX - LD40，微米級的測量精度，確保整套系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準確性。伺服電機選用三菱系列。其他硬件根據(jù)性能可靠并遵循經(jīng)濟、安全、合理的原則適當選取。根據(jù)控制扭桿壓拔校直的具體要求，其系統(tǒng)框圖設計如圖3所示。
2. 2 控制系統(tǒng)軟件設計
2. 2. 1 壓拔控制原理
壓拔開始之前需先使各部件復位，即使電動缸1回到零位，滑座回到零位。復位完成后裝夾好工件，撥動行程開關開始自動壓拔。系統(tǒng)復位可通過點擊HMI上的“停止復位”按鈕來完成。在做拉拔測試時，將判斷能承受8 kN以上的力變換為判斷拉拔至8 kN力時扭桿的位移量不超過指定值。判斷拉拔力的大小是為了確定壓裝后扭桿與連接軸之間的松緊程度，力越大則越緊;反之，力過小，則在使用過程中容易松脫，存在安全隱患。用相同的力拉拔，連接越是緊湊的扭桿拉拔位移越小。由此可知，將力判斷方式改為位移判斷方式可行。具體的位移閾值則通過試驗得到。該設備的自動壓拔流程圖如圖4所示。
2. 2. 2 測量校直控制原理
測量校直開始之前需先使各部件復位，即使電動缸2回到零位，氣動卡盤處于松開狀態(tài)。系統(tǒng)復位可通過點擊HMI上的“停止復位”按鈕來完成。復位完成后將壓裝好的扭桿組件放入三爪卡盤中，激光傳感器將自動檢測扭桿組件的距離，在指定距離范圍內(nèi)則卡盤自動夾緊，同時伺服電機2開始旋轉(zhuǎn)，即系統(tǒng)自動夾緊并測量。測量完成后，會根據(jù)一圈內(nèi)所測得的距離數(shù)據(jù)計算工件的跳動量。比較工件的最大跳動量Xmax與指定值X，若Xmax< X，則扭桿合格;否則判為不合格，系統(tǒng)自動開始校直。校直完成后系統(tǒng)開始第二輪測量，并判斷合格與否。如此反復，直至校直到合格范圍，或者校直次數(shù)超過指定次數(shù)N。經(jīng)過試驗并調(diào)整不同跳動量區(qū)間所對應的校直力，目前可穩(wěn)定在3次以內(nèi)將所有扭桿校直，即該設備加工出來的扭桿組件合格率達到了100%。該設備的自動測量校直流程圖如圖5所示。
3 結(jié)束語
該扭桿壓拔校直設備以PLC為控制核心，通過HMI進行人機交互，依靠伺服電機達到精確定位，通過激光傳感器完成微米級的測量。扭桿壓拔的合格率達到設計要求，并能在指定次數(shù)內(nèi)將所有扭桿校直到合格范圍，生產(chǎn)出的扭桿組件合格率達到100%。該設備實現(xiàn)了扭桿壓拔及測量校直的自動化，極大地減輕了壓拔校直的勞動強度。目前，該設備已投入使用，使用效果很好。
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