高壓燃油泵柱塞彈簧自動裝配工作站設(shè)計(jì)

李偉嶺

（中科新松有限公司，上海 201206）

0 引言

GDI新技術(shù)代表了內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的最高水平，具有節(jié)能、高效以及環(huán)保等巨大優(yōu)勢。很多知名的汽車零部件公司在GDI高壓燃油泵的技術(shù)研發(fā)上投入了巨大的成本，同時對高壓燃油泵的生產(chǎn)制造也提出了更高的工藝標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)量要求[1]。為了達(dá)到產(chǎn)量和質(zhì)量的高標(biāo)準(zhǔn)要求，這些公司不惜花重金引進(jìn)了高端的自動化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)高壓泵的自動裝配。

1 燃油泵柱塞彈簧裝配結(jié)構(gòu)

1.1 燃油泵柱塞彈簧裝配結(jié)構(gòu)介紹

如圖1所示，該裝配工位燃油泵總成由由泵體、半錐（2個）、彈簧保持器和彈簧4個部分組成；從圖中可以清楚地看出各個零部件的裝配關(guān)系以及裝配尺寸要求。

圖1 燃油泵裝配結(jié)構(gòu)圖

1.2 裝配工藝和尺寸要求

裝配工藝流程：將彈簧套在柱塞桿上，然后將彈簧保持器放在彈簧上指定位置，將燃油泵的進(jìn)油口和出油口通氣使柱塞桿頂起，然后用壓緊機(jī)構(gòu)將彈簧壓縮至柱塞螺紋全部漏出，放2個半錐，放好后，壓緊機(jī)構(gòu)退回，彈簧復(fù)位，彈簧保持器將彈簧鎖住。

如圖1所示，裝配尺寸要求柱塞頂部平面與彈簧保持器距離為H=0.8+0.2-0.5mm。

2 工作站設(shè)計(jì)

2.1 工作站整體介紹

如圖2所示，該裝配工作站主要由工作臺、移載機(jī)構(gòu)、半錐上料定位機(jī)構(gòu)、半錐拾取機(jī)構(gòu)、檢測裝置、工裝盒、增加裝置、泵體上料工裝、料筒以及半錐振動料盤等關(guān)鍵組件構(gòu)成。工作站中移載機(jī)構(gòu)主要是由水平直線運(yùn)動模組和豎直直線運(yùn)動模組構(gòu)成，半錐拾取機(jī)構(gòu)和檢測裝置分別固定在移載機(jī)構(gòu)的運(yùn)動部件上，該部件通過伺服驅(qū)動實(shí)現(xiàn)水平和豎直運(yùn)動[2]。工作站的功能主要是實(shí)現(xiàn)高壓燃油泵的柱塞彈簧的自動化裝配。

2.2 工作站工藝流程

工作站的工作步驟有8個：1） 燃油泵泵體隨著托盤沿傳輸線流轉(zhuǎn)到該裝配工位擋停并頂升定位。2） 人工將泵體取下來，然后按照指定要求放到工作站的定位工裝上。3） 人工從料筒中分別取出彈簧和彈簧保持器，按照工藝要求先將彈簧套在泵體柱塞桿上，之后再將彈簧保持器放在彈簧上端。4） 彈簧和彈簧保持器放好后，人工按雙手啟動按鈕，啟動自動裝配模式。5） 工作站中的半錐拾取機(jī)構(gòu)在水平移載機(jī)構(gòu)驅(qū)動下運(yùn)動到半錐固定上料工裝正上方，在豎直移載機(jī)構(gòu)驅(qū)動下向下運(yùn)動到指定位置，拾取物料，最后再向上運(yùn)動，完成半錐的拾取工作，錐半是通過夾緊機(jī)構(gòu)配合真空吸附實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)取放功能。6） 半錐拾取機(jī)構(gòu)持物料，在水平移載機(jī)構(gòu)驅(qū)動下，運(yùn)行到燃油泵體固定工裝夾具正上方，然后在豎直移載機(jī)構(gòu)驅(qū)動下，下降固定距離，完成半錐、彈簧和彈簧保持器的裝配工作。7） 裝配結(jié)束后，檢測裝置在水平移載和豎直移載機(jī)構(gòu)的驅(qū)動下，運(yùn)行到泵體檢測工位，完成尺寸檢測，并輸出檢測結(jié)果。8） 產(chǎn)品尺寸檢測合格件，人工按照要求將泵體放回傳輸線托盤的上，如果檢測不合格，則人工將泵體放到廢料箱中。

3 半錐拾取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

以下為半錐拾取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理。如圖3所示，半錐拾取機(jī)構(gòu)主要由氣缸、夾具主體、氣管接頭、定位柱、夾鉗、彈簧柱塞、定位頭以及壓緊塊等關(guān)鍵零部件組成。該機(jī)構(gòu)的主要功能是實(shí)現(xiàn)半錐的自動拾取，然后將半錐自動裝配在柱塞桿上。

圖2 工作站總裝圖

半錐拾取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理為拾取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成夾鉗結(jié)構(gòu)，2個夾鉗通過鉸鏈軸連接并固定在夾具主體上，2個夾鉗的最上端分別設(shè)計(jì)了楔形導(dǎo)向孔，氣缸末端連接導(dǎo)向軸，氣缸通過推動導(dǎo)向軸在楔形孔內(nèi)滑動來實(shí)現(xiàn)夾鉗的張開和閉合動作。鉗體的夾指部分是按照半錐錐面進(jìn)行仿形設(shè)計(jì)加工的，鉗體內(nèi)部設(shè)計(jì)成細(xì)長孔，夾指錐面加工氣孔與夾鉗內(nèi)部長孔相通（如圖3所示），夾鉗上端氣管接頭與真空發(fā)生器連接，在真空發(fā)生器作用下，2個夾指的錐面能夠形成真空吸附作用，通過調(diào)節(jié)氣壓大小將半錐牢牢地吸附在上面[3]。

圖3 半錐拾取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

4 半錐上料定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

下面介紹半錐上料定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理。如圖4所示，半錐上料定位機(jī)構(gòu)主要由工裝座、定位塊、定位柱、彈簧和光電傳感器組成；定位柱固定不動，定位塊可以上下滑動，彈簧將定位塊壓在工裝座的定位面上。半錐上料定位機(jī)構(gòu)的主要功能是實(shí)現(xiàn)半錐的二次定位，方便半錐拾取機(jī)構(gòu)進(jìn)行取料。

半錐二次定位工作原理：半錐通過振動料盤集中供料，半錐在振動盤作用下按照固定姿態(tài)進(jìn)行規(guī)則出料，出料后通過分料機(jī)構(gòu)將2個半錐用壓縮空氣吹出，分別通過異形塑料管輸送到該上料定位機(jī)構(gòu)的定位槽中（如圖4所示），定位塊上的定位槽是按照半錐錐面進(jìn)行仿形設(shè)計(jì)加工的，中間用薄隔片隔開，隔片鑲嵌在定位柱上，剛好將定位槽隔成2個半錐槽；半錐通過異形管輸送過來，剛好能落在半錐槽里并定位，物料有無通過光纖對射傳感器檢測。

圖4 半錐上料機(jī)構(gòu)原理圖

5 半錐拾取機(jī)構(gòu)取料工作過程

下面介紹了拾取機(jī)構(gòu)取料的過程。如圖5所示，半錐拾取機(jī)構(gòu)取料過程一共分為4步，具體步驟動作描述如下：1） 半錐拾取機(jī)構(gòu)在水平移載機(jī)構(gòu)驅(qū)動下，移動到半錐上料定位機(jī)構(gòu)正上方，夾鉗通過氣缸驅(qū)動自動張開。2） 半錐拾取機(jī)構(gòu)在豎直移載機(jī)構(gòu)驅(qū)動向下移動，將半錐上料機(jī)構(gòu)定位滑塊壓下固定距離，此時保證半錐拾取機(jī)構(gòu)的定位頭與半錐上料定位機(jī)構(gòu)定位柱上端面接觸，以此位置為半錐取料定位基準(zhǔn)，保證每次取料位置相同。3） 半錐拾取機(jī)構(gòu)下降完成后在氣缸驅(qū)動下夾鉗自動閉合，夾指夾緊半錐，夾緊完成后啟動真空發(fā)生器產(chǎn)生真空吸附條件將半錐牢牢吸在夾指上，此時每個夾指上吸附一個半錐。4） 半錐拾取機(jī)構(gòu)夾鉗張開，在豎直移載機(jī)構(gòu)驅(qū)動下向上運(yùn)動，從而將半錐取出。

圖5 拾取機(jī)構(gòu)取料工作流程圖

6 半錐拾取機(jī)構(gòu)裝配工作過程

下面介紹了拾取機(jī)構(gòu)裝配過程。如圖6所示，半錐的裝配過程分為4個步驟。具體描述如下：1） 半錐拾取機(jī)構(gòu)在水平移載機(jī)構(gòu)驅(qū)動下移動到泵體定位工裝正上方，此時夾鉗處于張開狀態(tài)，半錐通過真空吸附在夾指上。2） 半錐拾取機(jī)構(gòu)在豎直移載機(jī)構(gòu)驅(qū)動下向下運(yùn)動，壓緊塊將彈簧保持器壓下一段距離，當(dāng)半錐拾取機(jī)構(gòu)的定位頭與彈簧柱塞上端面接觸時停止，此位置為半錐裝配定位基準(zhǔn)。3） 半錐拾取機(jī)構(gòu)在氣缸驅(qū)動下夾鉗自動閉合，將夾指上吸附的半錐夾緊在柱塞桿的螺柱上，然后真空發(fā)生器破真空并反向吹氣，將半錐貼合在柱塞桿上，此時夾緊驅(qū)動的氣缸釋放氣壓，夾鉗靠彈簧柱塞的彈力壓在半錐上。4） 半錐拾取機(jī)構(gòu)豎直向上移動，彈簧保持器在彈簧復(fù)位力作用下，將半錐緊緊鎖住。

圖6 半錐裝配過程流程圖

以上4個步驟完成后，燃油泵的彈簧柱塞、半錐和彈簧保持器最終的裝配工作完成。

7 檢測裝置設(shè)計(jì)

以下為檢測裝置的原理。檢測裝置主要由位移傳感器、檢測頭、基準(zhǔn)塊和安裝座4個部分組成。其功能主要是檢測裝配尺寸H=0.8+0.2-0.5mm。

檢測裝置工作原理：當(dāng)產(chǎn)品裝配結(jié)束后，檢測裝置在移載機(jī)構(gòu)的驅(qū)動下，移動到燃油泵的正上方，然后豎直下降一定的距離，當(dāng)基準(zhǔn)塊與彈簧保持器接觸時停止，此時檢測頭會被柱塞桿頂起一段位移，該位移值就是需要檢測的尺寸，如果滿足尺寸要求，即為合格品，尺寸超差為不合格品，檢測結(jié)束后將結(jié)果輸出，提示人工進(jìn)行下一步操作。

8 結(jié)語

高壓燃油泵是發(fā)動機(jī)的核心零部件，該部件的質(zhì)量和性能直接決定了發(fā)動機(jī)的整體性能水平。隨著發(fā)動機(jī)新技術(shù)的不斷發(fā)展，缸內(nèi)直噴高壓燃油泵技術(shù)已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢。柱塞彈簧自動裝配工作站是某知名的汽車零部件公司引進(jìn)的自動化生產(chǎn)線中非常重要的一個工位。該工作站需要裝配的零件中，尤其是半錐零件小且形狀不規(guī)則，因此專用夾具的設(shè)計(jì)難度很大。通過對高壓燃油泵柱塞彈簧、半錐以及彈簧保持器的裝配工藝進(jìn)行深入研究，設(shè)計(jì)了該自動化裝配工作站，實(shí)現(xiàn)了高壓燃油泵柱塞彈簧的快速和高效裝配工作，為客戶提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。工作站設(shè)備性能穩(wěn)定可靠，裝配成功率高，無論從功能和生產(chǎn)節(jié)拍都達(dá)到了客戶的使用要求，同時為客戶智能制造生產(chǎn)創(chuàng)造了巨大價(jià)值。