氣門芯智能裝配系統(tǒng)的設計研究

袁利祥

摘? 要：智能裝配系統(tǒng)是自動化生產(chǎn)線和智能制造基本組成單元，隨著智能控制技術、精細化加工技術的不斷提升得到了極大的發(fā)展。氣門嘴上裝氣門芯由于其控制難度較高，目前主要依靠人工來完成。文章設計的氣門芯智能裝配系統(tǒng)實現(xiàn)了選料和鎖氣門芯的自動化，并融合了檢測系統(tǒng)對裝配不良品進行分揀。采用PLC和HMI人機界面進行系統(tǒng)控制，機械結構設計合理。本系統(tǒng)的設計完成極大的提高了氣門嘴上裝氣門芯的生產(chǎn)效率，并為該類系統(tǒng)建設提供借鑒。

關鍵詞：氣門嘴;氣門芯;智能裝配;系統(tǒng)設計

中圖分類號：TP273? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）09-0097-02

Abstract： Intelligent assembly system is the basic unit of automatic production line and intelligent manufacturing， which has been greatly developed with the continuous improvement of intelligent control technology and fine machining technology. Because the valve core on the valve is difficult to control， it mainly depends on manual work at present. The valve core intelligent assembly system designed in this paper realizes the automation of material selection and lock valve core， and integrates the detection system to sort the defective products. The system is controlled by PLC and HMI man-machine interface， and the mechanical structure is designed reasonably. The design of this system greatly improves the production efficiency of the valve core installed on the valve， and provides reference for the construction of this kind of system.

Keywords： valve nozzle; valve core; intelligent assembly; system design

引言

氣門嘴是汽車常見的零配件，隨著汽車保有量的迅速提升，氣門嘴的需求量也在不斷的增大。但是，常見的氣門嘴上裝氣門芯自動化程度依然較低，并且鎖氣門芯無法實現(xiàn)自動化，氣門芯的安裝高度也不能有效的檢測，致使不良產(chǎn)品率高[1]。鑒于這一問題，本文設計了一種氣門嘴上裝氣門芯的智能裝配系統(tǒng)，可以有效的解決以上問題，提高生產(chǎn)效率和良好率。

1 氣門芯及其裝配工藝難點分析

本研究在吸收其他自動化裝配系統(tǒng)的設計經(jīng)驗后，并對已有的半自動化裝配系統(tǒng)進行分析，依據(jù)對氣門芯的裝配工藝流程的模擬仿，對系統(tǒng)的機械部分進行了全新設計。在系統(tǒng)設計方案中力爭做到使機械部分的加工要便利，使成本達到最低，零件總裝要簡便易行，并使系統(tǒng)具有一定的開放性和可擴充性，為增強系統(tǒng)的可靠性和高效性，提高系統(tǒng)的性價比奠定良好的基礎[2]。

氣門芯裝配系統(tǒng)從其機械結構設計上主要分為三大塊，分別為：處于工作臺左上角的兩件裝配部分，處于左下角的三件裝配部分和位于工作臺右邊的七件總成裝配部分。兩件裝配的工藝難點在于如何保證密封圈圓形，在切割的過程中，會受到刀片軸向的擠壓力，因此容易產(chǎn)生變形[3]。其次，在裝配的過程中，當轉配工裝組件上檢測到有芯桿時，需要通過振動來實現(xiàn)門芯不同組件之間篩選和裝配，因此，其各個部件落在相應的位置成為該裝配環(huán)節(jié)的工藝難點所在[4]。以上問題是現(xiàn)階段氣門芯裝配中導致不良品率上升的主要原因。基于次，本文對氣門芯裝配的流程進行了優(yōu)化，并增加了良品檢測系統(tǒng)，提高氣門芯裝配的合格率。

2 氣門嘴上裝氣門芯智能系統(tǒng)設計

2.1 智能氣門芯裝配方案設計

操作界面與PLC組成邏輯控制部分，檢測系統(tǒng)與PLC雙向信息流通，進行裝配系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和控制信號的輸出。驅動系統(tǒng)作為執(zhí)行部分，直接由PLC輸出部分進行信號控制。本系統(tǒng)除了上料系統(tǒng)需要人工輔助完成外，其他流程均實現(xiàn)了智能化裝配。通過觸摸屏實現(xiàn)了良好的人機交互，在機械設計中考慮到操作的便利性，將門芯放置盒與觸摸屏相鄰，其他工藝裝配流程如：上門芯組件、機架、第一檢測機構、第二檢測機構、門芯頂開吹氣組件、氣門芯高度檢測組件和下料機構，分別設置在轉盤工裝組件周圍，實現(xiàn)了門芯裝配的流水線生產(chǎn)布局。檢測系統(tǒng)主要完成芯桿檢測、安裝高度檢測、良品檢測等，不僅實現(xiàn)了選料和鎖氣門芯的自動化，同時還保證了裝配工藝流程的穩(wěn)定性和高效率。系統(tǒng)各單元結構示意如圖1所示。

如圖1所示，轉盤是整個工藝流程的中心環(huán)節(jié)，氣門芯的裝配通過轉盤的帶動來完成。當?shù)诙z測機構檢測到待裝配元件時，發(fā)送信號給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)協(xié)調各工藝單元工作。首先震動盤將門芯震出，并將其鎖進氣門嘴里。第一檢測機構將沒有安裝成功的氣門芯直接作為不良料進行篩選。組件6檢測氣門芯的通氣是夠合格，組件7檢測氣門芯的安裝高度是否達標，以上三個環(huán)節(jié)均合格的產(chǎn)品才會被抓取到良品箱中，否則被視為不良品處理。

鎖氣門芯的智能裝配是該系統(tǒng)設計的工藝難點。本設計中采用三氣缸設計，滑臺氣缸控制放料保證放料的唯一性;第二氣缸保證鎖料桿與放料孔對齊，然后與滑臺氣缸配合，完成氣門芯進入鎖料桿，然后第二氣缸繼續(xù)推動整個鎖料機構移動，至工裝下方時吸嘴會吸住氣門嘴。最后第三氣缸推動鎖料機構就位后，伺服電機將氣門芯送進氣門嘴中，完成氣門芯的裝配。這一過程保證了縱向和橫向移動位置的精確性和唯一性，對門芯裝配的工藝難點提供了一種良好的解決方案。

2.2 氣門芯裝配系統(tǒng)關鍵部件設計

鎖氣門芯作為氣門嘴上裝氣門芯的關鍵工藝，對于氣門芯移動位置的精確性要求非常高，因此需要縱向和橫向機構的協(xié)調配合來完成。該部件的設計中將其分解為單個動作，氣門芯的放料動作、鎖料桿鎖料動作和氣門嘴上裝氣門芯動作。其機械結構如圖2所示。

從圖2可以看出，鎖氣門芯裝配機械結構分為三個部分。三個部分協(xié)調工作但又不相互影響，當獨立動作完成后，氣缸推動機構移動至下一個裝配位置。為了確保移動位置的精準度，采用電氣控制和機械限位的綜合設計，將誤差控制在1.4mm之內。氣門芯和氣門嘴中心同軸，伺服電機才可以推動氣門芯順利的進入氣門嘴，否則就會導致零部件的損壞。

機械結構的卡頓或者電氣信號的異常脈沖，都會導致裝配工作出現(xiàn)微小的偏差。從而出現(xiàn)氣門芯裝配完成后通氣性能不達標，裝配高度不合格等導致產(chǎn)品的不合格。系統(tǒng)設計中充分的考慮了這一因素，吹氣檢測和高度檢測來分揀不良產(chǎn)品。

2.3 氣門芯裝配控制系統(tǒng)設計

本設計中控制系統(tǒng)主要包括PLC邏輯控制、伺服電機驅動系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和HMI人機界面組成。伺服驅動系統(tǒng)主要有伺服電機、減速器等組成，接收信號后推動機械部件動作。伺服系統(tǒng)可以在PLC的控制下實現(xiàn)精確的定位以及速度調節(jié)。檢測系統(tǒng)包括光電傳感器、光線傳感器、激光傳感器等，主要實現(xiàn)了定位檢測、零件檢測與識別、工序時序匹配等功能。HIM人機界面采用圖形化編程模塊，可以實現(xiàn)良好的人機交互。操作人員直接可以通過操作界面控制系統(tǒng)，同時裝配的流程和參數(shù)也可以直接通過界面展示。

系統(tǒng)可以通過操作界面選擇手動裝配模式和自動裝配模式，自動模式下系統(tǒng)根據(jù)裝配流程自動進行裝配，手動操作模式下系統(tǒng)單步運行，每個操作動作不會連續(xù)運行。系統(tǒng)程序的執(zhí)行從轉盤轉動子網(wǎng)絡開始，PLC輸出控制信號控制，伺服電機驅動裝盤轉動。當轉盤攜帶氣門芯到相應的工藝流程位置時，該工藝流程子程序運行，執(zhí)行部件根據(jù)控制信號執(zhí)行相應動作。

3 結束語

氣門嘴上裝氣門芯工藝流程并不復雜，但是對于工藝的精細化要求較高。因此，在工業(yè)生產(chǎn)中以人工裝配和半自動化裝配為主，其性能和質量不穩(wěn)定。本文設計了一種氣門嘴上裝氣門芯的智能化裝配系統(tǒng)，實現(xiàn)了選料和鎖氣門芯的自動化，并通過檢測系統(tǒng)對氣門芯裝配的通氣性能和安裝的高度進行檢測，并將檢測結果自動上傳給控制系統(tǒng)，實現(xiàn)不良產(chǎn)品進行自動分揀。提高了氣門嘴上裝氣門芯的工作效率和產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1]肖九梅.簡述摩托車內胎氣門嘴的結構特點及其使用維修[J].摩托車技術，2019（02）：58-62.

[2]蘇海軍.氣門嘴芯自動組裝線智能控制與監(jiān)測系統(tǒng)研究與設計[D].吉林大學，2018：31.

[3]胡曉峰，泮戰(zhàn)俠，白培謙，等.氣門嘴早期失效分析及改進[J].汽車實用技術，2017（19）：104-105.

[4]宋秋實.全自動氣門嘴精加工數(shù)控機床研究[D].山東科技大學，2011：19.