多級缸機械裝配工藝裝置設計

邱紅亮，呂紅瑞，王江勇，李 青，王 瑋

（山西航天清華裝備有限責任公司，山西 長治046012）

0 引言

多級液壓缸，作為地面設備的關鍵部件，是地面設備實現快速、穩定、可靠起豎動作的執行元件，在整個武器系統中起著至關重要的作用。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量，質量一致性和穩定性保證能力不足；而且，工藝指導性差，月生產當量已不能滿足型號批產任務總需求，單件小批量的生產模式已無法適應中小批量的生產。為了確保各相關型號產品的研制生產，定型及批產任務順利進行，確保型號產品裝配質量要求，有必要改進裝配技術，充分法發揮有限裝配資源的能效，提高裝配效率。因此，本文借鑒國內外先進的裝缸的成功經驗，徹底打破現有的手工裝配模式，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，確保完成了對應型號任務。

1 多級液壓缸簡介

多級液壓缸結構如圖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 多級液壓缸結構示意圖

2 現有缸筒套裝工藝流程分析

目前，當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，另一端借助工藝拉桿，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象，此兩項為制約生產的關鍵瓶頸問題，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研究，通過確定多級液壓缸自動裝配的適應范圍、技術要求，制定工藝裝備的設計方案，設計實施建模[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 關鍵問題梳理

3 多級液壓缸機械裝配工藝裝置設計

3.1 確定多級液壓缸自動裝配的適應范圍

通過調研國內普通液壓缸自動化裝配現狀，結合我廠生產情況及總裝要求，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、內徑及長度，活塞桿外徑及長度等工藝參數進行匯總分類，確定液壓缸自動裝配的適應范圍，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計見表1。

表1 各型號缸筒基本尺寸統計表

3.2 確定設計技術要求

（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）設備頂頭能夠準確設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到±10%；

（4）設備整體能夠用PLC控制自動裝夾、定心、裝配、擰緊。

3.3 制定工藝裝備設計方案

設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，翻轉加緊組件，行走機構、架體等組成，如圖5所示。

圖5 多級缸裝配工藝裝置總體結構示意圖

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象，勞動強度大的問題設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，起豎一級缸筒，過前進后退缸筒實現對中，然后通過夾緊、推力、擰緊動力系統推進下級缸筒進入上級缸筒內，如圖7所示最后旋轉缸頭體，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 關鍵零部件設計

（1）翻轉夾緊系統設計

如圖8所示，翻轉夾緊系統有可調V型夾具、自定心中心架、回轉耳等組成，翻轉夾緊系統能完成缸筒的夾緊與翻轉缸筒的功能，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，才能達到同軸度0.01 mm要求，所以采用液壓中心架來實現一級缸筒的夾緊，另一端采用可調V型夾具，首先調節V型與一級缸筒外壁接觸，然后采用可調高強度圓環鏈收緊裝置，用高強度圓環鏈機構[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 翻轉夾緊系統示意圖

（2）行走機構

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

圖9 行走機構示意圖

（3）夾緊、推力、擰緊動力系統

如圖10所示，該系統有馬達、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，防止切圈現象的發生，需對推力進行實時檢測，采用油缸加推力傳感器來實現，整個系統通過PLC編程控制，具備存貯和記憶功能，并能夠實時檢測推力變化情況，并及時反饋，及時發現裝配問題并進行調整，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、擰緊動力系統示意圖

缸頭旋轉部件，采用馬達加扭矩傳感器來實現扭轉力矩的控制，缸頭與缸筒體擰緊時，缸頭旋轉角度和相對位置由伺服控制器發出的脈沖數決定，旋轉速度由脈沖的頻率決定，旋轉頭的控制方式由扭矩控制，PLC發送一個脈沖序列和一個方向信號給伺服驅動器，經過伺服驅動器轉換提供給馬達，驅動器接收馬達反饋信號，比較目標位置，達到精確控制速度和位置及扭矩控制的目的，實現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象。

3.5 使用方法

（1）將油缸水平吊裝到翻轉機架上，根據不同油缸長度調節抱緊機構的夾緊間距，控制系統使抱緊機構夾緊缸筒；

（2）將需要裝配的下級缸筒放到夾緊、推力、擰緊動力系統上；

（3）控制翻轉油缸伸縮使翻轉機架豎直，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、擰緊動力系統向下移動到合適的位置；

（5）控制使夾緊、推力、擰緊動力系統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上；

（8）通過液壓缸，使缸頭擰緊動力系統向下移動到合適的位置；

（9）控制缸頭擰緊動力系統旋轉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 應用情況

此設備在我廠液壓件投入使用以來，多級缸的裝配效率調高了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，裝配質量也得到了提高，為我廠多級油缸的批產奠定了良好的基礎。

5 結束語

針對現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范圍、技術要求，制定工藝裝置的設計方案，關鍵零部件設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，達到了提高效率和合格率的目的。