伺服壓力機在發動機制造業中的應用

鄭波+王松鋒+辛建豪

【摘 要】本文結合當前發動機制造技術的發展趨勢，通過對伺服壓力機在發動機氣門座圈壓裝工藝的應用的介紹，剖析了當前伺服壓力機在發動機制造中的應用優缺點。

【關鍵詞】伺服壓機；發動機制造；氣門座圈

【Abstract】Combined with current trends of engine manufacturing technology， and by introducing the application of servo presses in engine valve-guide-pressing process， the advantage and weakness of servo press applications in engine manufacturing are analyzed in this paper.

【Key words】Servo press； Engine manufacturing； Valve seat press

0 前言

伺服壓力機作為一種新的技術，有著傳統液壓壓力機不具備的優勢，在汽車制造環節如缸蓋氣門座圈和導管壓裝、缸體水道堵蓋壓裝、變速器軸承壓裝、輪轂軸承壓裝等工藝中，正隨著設備更新等方式逐步替代傳統的液壓壓力機，有效提升了汽車制造工藝水平。

1 伺服壓力機結構和工作原理

作者所在的工廠主要生產兩個系列多種型號小排量發動機，其中缸體水道堵蓋壓裝和缸蓋氣門座圈氣門導管均用到伺服壓力機。

伺服壓力機主要由滾珠絲桿、滑塊、壓軸、殼體、力傳感器、齒形同步傳動裝置（精密型系列除外）、伺服電機（無刷直流電機）組成，如圖1。

伺服電機是整個伺服壓力機的驅動裝置，電機的解析編碼器能產生數字信號，分辨率高達0.1微米，精度高，測量速度快，適合較大的軸向速度。

應變式力傳感器是通過靜態的彈性形變實現電阻的測量，具有穩定性好、成本低、應用范圍廣、操作簡單等優勢。

滾珠絲桿、齒形同步傳動裝置都是完成伺服電機到壓軸的傳動，特點是結構穩定、精度高、故障率低。

PROMESS公司的UFM軟件可以通過OCX控件（可選）生成各種客戶化的界面。UFM軟件主要用于創建壓機工藝程序及記錄、顯示和保存壓裝過程中的數據。所有這些數據保存在默認的ACCESS數據庫里，對壓裝過程實現100%可追溯。

伺服壓力機控制執行過程：通過PROMESS UFM軟件編程運動過程控制，傳輸到數控應用模塊，再通過伺服驅動器驅動伺服電機的運動，經過傳動裝置實現輸出端的運動控制。壓軸壓出后壓力傳感器通過形變量反饋模擬量信號，經過放大、模數轉換，變成數字量信號輸出到PLC，實現壓力監控；通過伺服電機解析編碼器反饋位置信號，實現位置監控。

2 氣門座圈壓裝工藝要求

氣門座圈的壓裝對質量要求比較高，相應的對壓裝力要求非常高。壓裝力過小會出現座圈不能壓裝到座圈孔底部，造成座圈與座圈孔之間存在間隙，導致座圈在發動機長期運行中掉落，壓裝力過大則會導致氣門座圈邊緣崩裂甚至缸蓋內部出現裂紋，必將導致發動機壽命大大降低。

3 Promess壓力機應用于氣門座圈壓裝

我公司發動機工廠缸蓋線目前使用的是德國JWFrolich品牌的導管座圈壓裝機對氣門座圈進行壓裝，下面簡析該壓裝機壓裝氣門座圈的過程：①機械手抓取缸蓋；②機械手旋轉73.5度（保證座圈底孔與水平面垂直）；③機械手移動到探測工位（判斷座圈底孔是否存在座圈）；④機械手移動到壓裝工位；⑤導管壓裝導套（在缸蓋的對側同軸）伸出頂住彈簧座圈面，使座圈壓裝時機械手Y方向保持不動，保證座圈的壓裝力和深度；⑥氣門座圈經分料器分料至座圈壓頭，壓頭上集成的磁鐵可保證座圈與底孔平行且壓裝過程不會掉落；⑦座圈伺服壓力機動作完成壓裝，同時完成對座圈壓裝過程中壓力和位移的監控。

4 伺服壓力機的優缺點

伺服壓力機的優點主要有：

1）能實現高精度的壓入深度、壓入力控制；

2）調整方便——可通過程序控制壓入深度，隨時進行調整；

3）體積小——取消傳統壓力機的液壓系統，設備體積明顯減小；

4）能耗低——不再需要配備能耗較大的液壓系統，傳動效率也提高。

伺服壓力機的缺點主要有：

1）控制系統復雜，技術相對較難掌握；

2）設備一次性投資成本較高；

3）目前實際應用的壓力機均為半閉環控制，控制準確度仍有提升空間。

5 結論

本文以JWFrolich壓裝機為研究對象，從氣門座圈的壓裝過程到伺服壓力機的壓裝及控制原理方面入手，簡單的分析了伺服壓力機在氣門座圈壓裝工藝中的使用。伺服壓力機不僅可以快速有效的壓裝氣門座圈，更能可靠地保障氣門座圈的壓裝質量，伺服壓力機技術將會成為該行業的主流趨勢。

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[責任編輯：楊玉潔]