多級缸機械裝配工藝裝置設(shè)計

邱紅亮，呂紅瑞，王江勇，李 青，王 瑋

（山西航天清華裝備有限責(zé)任公司，山西 長治046012）

0 引言

多級液壓缸，作為地面設(shè)備的關(guān)鍵部件，是地面設(shè)備實現(xiàn)快速、穩(wěn)定、可靠起豎動作的執(zhí)行元件，在整個武器系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。目前，多級液壓缸裝配手段落后，以人工操作為主，準(zhǔn)備和占用工位時間常，勞動強度大；同時操作技能的高低影響裝配的質(zhì)量，質(zhì)量一致性和穩(wěn)定性保證能力不足；而且，工藝指導(dǎo)性差，月生產(chǎn)當(dāng)量已不能滿足型號批產(chǎn)任務(wù)總需求，單件小批量的生產(chǎn)模式已無法適應(yīng)中小批量的生產(chǎn)。為了確保各相關(guān)型號產(chǎn)品的研制生產(chǎn)，定型及批產(chǎn)任務(wù)順利進行，確保型號產(chǎn)品裝配質(zhì)量要求，有必要改進裝配技術(shù)，充分法發(fā)揮有限裝配資源的能效，提高裝配效率。因此，本文借鑒國內(nèi)外先進的裝缸的成功經(jīng)驗，徹底打破現(xiàn)有的手工裝配模式，針對多級液壓缸制造全過程，提取共性裝配難點進行分析，設(shè)計出了適合多級油缸機械裝配的工藝裝備，確保完成了對應(yīng)型號任務(wù)。

1 多級液壓缸簡介

多級液壓缸結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由上缸頭體，一級缸、二級缸、三級缸、四級缸、下缸頭體組成，各級缸體在正、反腔液壓油作用下逐級伸出或收回。

圖1 多級液壓缸結(jié)構(gòu)示意圖

2 現(xiàn)有缸筒套裝工藝流程分析

目前，當(dāng)前多級液壓缸的裝配采用人工裝配為主，如圖2所示。多級液壓缸裝配固定一個工位，缸筒之間裝配主要是一端固定一級缸筒，另一端借助工藝?yán)瓧U，手動擰緊螺母推進下一級缸筒前進。這種方法對中性差，裝配過程密封圈容易切圈現(xiàn)象，勞動強度大，缸頭體裝配靠人工，如圖3所示。裝配過程中缸頭與缸筒對中性偏差，造成螺紋牙咬死使整個油缸報廢現(xiàn)象，此兩項為制約生產(chǎn)的關(guān)鍵瓶頸問題，如圖4所示。因此針對缸筒之間裝配與上缸頭體裝配問題和難點，開展多級液壓缸柔性自動化裝配技術(shù)研究，通過確定多級液壓缸自動裝配的適應(yīng)范圍、技術(shù)要求，制定工藝裝備的設(shè)計方案，設(shè)計實施建模[1]等四個方面，開展柔性自動裝配工藝裝置的研制。

圖2 油缸缸筒裝配方法

圖3 油缸上缸頭體裝配圖

圖4 關(guān)鍵問題梳理

3 多級液壓缸機械裝配工藝裝置設(shè)計

3.1 確定多級液壓缸自動裝配的適應(yīng)范圍

通過調(diào)研國內(nèi)普通液壓缸自動化裝配現(xiàn)狀，結(jié)合我廠生產(chǎn)情況及總裝要求，查閱各型號液壓缸圖紙及裝配工藝，對多級液壓缸缸筒外徑、內(nèi)徑及長度，活塞桿外徑及長度等工藝參數(shù)進行匯總分類，確定液壓缸自動裝配的適應(yīng)范圍，最大裝缸直徑385 mm，最長長度1 803 mm，各型號缸筒外形尺寸統(tǒng)計見表1。

表1 各型號缸筒基本尺寸統(tǒng)計表

3.2 確定設(shè)計技術(shù)要求

（1）各級缸筒之間的同軸度0.01 mm，滿足自動裝配定心要求；

（2）設(shè)備頂頭能夠準(zhǔn)確設(shè)定并顯示推力變化曲線，推力突變時，立即停止裝配，進行拆卸，推力控制精度達(dá)到±10%；

（3）缸頭裝配時扭矩恒定，螺紋受力均勻，徑向間隙保持一致，擰緊力矩控制精度達(dá)到±10%；

（4）設(shè)備整體能夠用PLC控制自動裝夾、定心、裝配、擰緊。

3.3 制定工藝裝備設(shè)計方案

設(shè)計了新的柔性裝配工藝裝置。該裝置主要有夾緊、推力、擰緊動力系統(tǒng)，翻轉(zhuǎn)加緊組件，行走機構(gòu)、架體等組成，如圖5所示。

圖5 多級缸裝配工藝裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖

為解決缸筒與缸筒之間手工裝配工藝中對中性不好，裝配過程密封圈容易切圈現(xiàn)象，勞動強度大的問題設(shè)計了自動對中對中方案：首先一級缸筒一端用自定心液壓中心架夾緊，另一端用事先調(diào)試好的與液壓中心架中心一致V型夾具夾緊，完成缸一級缸筒固定，然后軟爪自定心三爪卡盤固定固定二級缸筒，如圖6所示；以二級缸筒為基準(zhǔn)，起豎一級缸筒，過前進后退缸筒實現(xiàn)對中，然后通過夾緊、推力、擰緊動力系統(tǒng)推進下級缸筒進入上級缸筒內(nèi)，如圖7所示最后旋轉(zhuǎn)缸頭體，完成多級缸的裝配[2]。

圖6 缸筒機械裝配示意圖

圖7 缸頭機械裝配示意圖

3.4 關(guān)鍵零部件設(shè)計

（1）翻轉(zhuǎn)夾緊系統(tǒng)設(shè)計

如圖8所示，翻轉(zhuǎn)夾緊系統(tǒng)有可調(diào)V型夾具、自定心中心架、回轉(zhuǎn)耳等組成，翻轉(zhuǎn)夾緊系統(tǒng)能完成缸筒的夾緊與翻轉(zhuǎn)缸筒的功能，自動定位夾緊后必須滿足缸筒本身軸線在水平，然后起豎到豎直，才能達(dá)到同軸度0.01 mm要求，所以采用液壓中心架來實現(xiàn)一級缸筒的夾緊，另一端采用可調(diào)V型夾具，首先調(diào)節(jié)V型與一級缸筒外壁接觸，然后采用可調(diào)高強度圓環(huán)鏈?zhǔn)站o裝置，用高強度圓環(huán)鏈機構(gòu)[3]，從耐磨和抗拉強度都得到了提高，自定心中心架跨在架體的導(dǎo)軌上運動，能滿足工藝提出的不同型號長度缸筒的固定。

圖8 翻轉(zhuǎn)夾緊系統(tǒng)示意圖

（2）行走機構(gòu)

如圖9所示，翻轉(zhuǎn)夾緊系統(tǒng)由起豎油缸、移動臺、推進油缸等組成，翻轉(zhuǎn)夾緊系統(tǒng)起豎到豎直后，在推進油缸作用下使移動臺帶動缸筒在燕尾槽型導(dǎo)軌前進，為達(dá)到準(zhǔn)精度0.01 mm要求，二級缸筒軸線基準(zhǔn)已經(jīng)固定，通過反饋精確控制一級缸筒軸線與二級軸線重合。

圖9 行走機構(gòu)示意圖

（3）夾緊、推力、擰緊動力系統(tǒng)

如圖10所示，該系統(tǒng)有馬達(dá)、伸縮油缸、液壓加緊裝置等組成，夾緊裝置為液壓三爪卡盤[2]，確保保證各級缸筒軸線的一致性，為確保機械裝配過程的可控性，防止切圈現(xiàn)象的發(fā)生，需對推力進行實時檢測，采用油缸加推力傳感器來實現(xiàn)，整個系統(tǒng)通過PLC編程控制，具備存貯和記憶功能，并能夠?qū)崟r檢測推力變化情況，并及時反饋，及時發(fā)現(xiàn)裝配問題并進行調(diào)整，確保缸筒不被劃傷，保證機械化裝配的裝配成功率的要求。

圖10 夾緊、推力、擰緊動力系統(tǒng)示意圖

缸頭旋轉(zhuǎn)部件，采用馬達(dá)加扭矩傳感器來實現(xiàn)扭轉(zhuǎn)力矩的控制，缸頭與缸筒體擰緊時，缸頭旋轉(zhuǎn)角度和相對位置由伺服控制器發(fā)出的脈沖數(shù)決定，旋轉(zhuǎn)速度由脈沖的頻率決定，旋轉(zhuǎn)頭的控制方式由扭矩控制，PLC發(fā)送一個脈沖序列和一個方向信號給伺服驅(qū)動器，經(jīng)過伺服驅(qū)動器轉(zhuǎn)換提供給馬達(dá)，驅(qū)動器接收馬達(dá)反饋信號，比較目標(biāo)位置，達(dá)到精確控制速度和位置及扭矩控制的目的，實現(xiàn)缸頭體和缸筒自動裝配，保證缸頭與缸筒擰緊間隙一致，避免人工裝配過程中缸頭與缸筒對中性偏差，造成螺紋牙咬死使整個液壓缸報廢現(xiàn)象。

3.5 使用方法

（1）將油缸水平吊裝到翻轉(zhuǎn)機架上，根據(jù)不同油缸長度調(diào)節(jié)抱緊機構(gòu)的夾緊間距，控制系統(tǒng)使抱緊機構(gòu)夾緊缸筒；

（2）將需要裝配的下級缸筒放到夾緊、推力、擰緊動力系統(tǒng)上；

（3）控制翻轉(zhuǎn)油缸伸縮使翻轉(zhuǎn)機架豎直，并啟動推進油缸使缸頭體的軸線與缸筒軸線對中；

（4）通過液壓缸，使夾緊、推力、擰緊動力系統(tǒng)向下移動到合適的位置；

（5）控制使夾緊、推力、擰緊動力系統(tǒng)推進缸筒下方移動完成缸筒之間的裝配

（6）夾緊、推力、擰緊動力系統(tǒng)松開缸筒，回位

（7）將需要裝配的油缸缸頭體放置在缸頭擰緊動力系統(tǒng)上；

（8）通過液壓缸，使缸頭擰緊動力系統(tǒng)向下移動到合適的位置；

（9）控制缸頭擰緊動力系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)缸頭體完成缸頭體與缸筒的裝配，控制扭矩防止咬死缸筒螺紋。

4 應(yīng)用情況

此設(shè)備在我廠液壓件投入使用以來，多級缸的裝配效率調(diào)高了3倍以上，裝配工時由80工時縮短到24工時，裝配人員的勞動強度的大幅下降，裝配質(zhì)量也得到了提高，為我廠多級油缸的批產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

針對現(xiàn)有多級液壓缸手工裝配的特點及難點，通過確定多級液壓缸機械裝配工藝裝置的適應(yīng)范圍、技術(shù)要求，制定工藝裝置的設(shè)計方案，關(guān)鍵零部件設(shè)計四個方面開展柔性自動裝配工藝裝置的研制，并介紹了該裝置的使用方法，改變了一直以來人工裝配的模式，達(dá)到了提高效率和合格率的目的。