轉向助力器扭桿自動壓拔校直設備研制
2014-3-19 來源：數控機床市場網 作者：
摘要:根據轉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精度，克服了傳統工藝工效低、裝配精度低等缺點。該設備在自動壓拔校直時，以PLC為控制系統核心，與HMI協調作用，可修改、設置相關參數，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，且不易實現自動化作業。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
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，而不影響系統精度。該設備的機械結構見圖2。
1. 1 扭桿壓拔系統
扭桿壓拔系統由伺服電機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。
扭桿壓拔系統的動力由伺服電機1提供，通過電動缸1將旋轉運動轉化為直線運動，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
扭桿測量校直系統由伺服電機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。
扭桿測量校直系統由測量系統和校直系統兩部分組成。壓拔結束的扭桿組件都需測量其跳動量，檢查是否在合格范圍內，測量系統正是為了實現這一功能而設計的。若所測量得的跳動量大于指定值X，則由校直系統進行校直，使扭桿組件合格。
測量系統由伺服電機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據的可靠性。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，若在指定范圍內則自動夾緊，并由伺服電機2提供動力帶動卡盤旋轉一周。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將伺服電機的旋轉運動轉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束與否的一個判斷條件。
2 扭桿壓拔校直設備的電控系統
2. 1 控制系統硬件設計
該扭桿壓拔校直設備可實現手動和自動功能，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是整個控制系統的核心，遵循經濟、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，確保整套系統數據的準確性。伺服電機選用三菱系列。其他硬件根據性能可靠并遵循經濟、安全、合理的原則適當選取。根據控制扭桿壓拔校直的具體要求，其系統框圖設計如圖3所示。
2. 2 控制系統軟件設計
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。系統復位可通過點擊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，在指定距離范圍內則卡盤自動夾緊，同時伺服電機2開始旋轉，即系統自動夾緊并測量。測量完成后，會根據一圈內所測得的距離數據計算工件的跳動量。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，系統自動開始校直。校直完成后系統開始第二輪測量，并判斷合格與否。如此反復，直至校直到合格范圍，或者校直次數超過指定次數N。經過試驗并調整不同跳動量區間所對應的校直力，目前可穩定在3次以內將所有扭桿校直，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，并能在指定次數內將所有扭桿校直到合格范圍，生產出的扭桿組件合格率達到100%。該設備實現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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