插補(bǔ)變徑式輪胎壓裝頭

何國鵬，王平利，汪紅，郝曉輝

（西安航天自動(dòng)化股份公司，陜西 西安 710065）

在汽車整車的裝配生產(chǎn)過程中，輪胎裝配是非常重要而且必不可少的一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。自動(dòng)輪胎壓裝機(jī)就是在自動(dòng)化生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)輪輞與輪胎裝配過程的設(shè)備。

1 自動(dòng)輪胎壓裝機(jī)的工作過程

自動(dòng)輪胎壓裝機(jī)主要由兩大部件及輔助裝置組成。兩大部件即輪輞對(duì)中夾緊固定裝置和輪胎壓裝頭旋轉(zhuǎn)裝置，輔助裝置是指在輪輞與輪胎裝配過程中，對(duì)輪胎支承、壓緊等裝置。

輪胎壓裝過程如下。首先，將輪胎斜放在輪輞上，由傳輸線將輪胎與輪輞的組合體輸送到壓裝機(jī)的壓裝工位；輪輞對(duì)中裝置工作，使得輪輞的中心與壓裝頭旋轉(zhuǎn)的中心重合，并夾緊固定輪輞；壓裝頭下降到輪輞的高度（輪輞的寬度方向），插在輪胎內(nèi)圈與輪輞外圈之間；在輔助裝置配合下，壓裝頭開始旋轉(zhuǎn)，壓裝頭旋轉(zhuǎn)第一圈將輪胎的下唇套與輪輞上，旋轉(zhuǎn)第二圈將輪胎的上唇套在輪輞上，壓裝完成；最后，由傳輸線將壓裝完成的輪胎輸送出壓裝機(jī)。

為了適應(yīng)不同直徑的輪輞、輪胎裝配，要求壓裝機(jī)的壓裝頭旋轉(zhuǎn)半徑能夠根據(jù)要裝配的輪輞、輪胎尺寸進(jìn)行變換。

2 壓裝頭旋轉(zhuǎn)半徑的變換方法

目前，輪胎壓裝生產(chǎn)線上自動(dòng)壓裝機(jī)壓裝頭旋轉(zhuǎn)半徑的變換普遍使用以下兩種方法。

圖1

圖2

第一種方法，如圖1所示，在旋轉(zhuǎn)體上安裝絲杠螺母結(jié)構(gòu)，絲杠由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，螺母帶動(dòng)壓裝頭做直線運(yùn)動(dòng)，達(dá)到變換壓裝頭旋轉(zhuǎn)半徑的目的。

設(shè)備初始定標(biāo)時(shí)，把壓裝頭對(duì)準(zhǔn)輪輞的中心設(shè)定為原點(diǎn)。針對(duì)不同尺寸的輪輞，設(shè)備工作時(shí)，把其半徑作為壓裝頭的目標(biāo)位置，系統(tǒng)自動(dòng)把壓裝頭調(diào)節(jié)到位，實(shí)現(xiàn)壓裝頭旋轉(zhuǎn)半徑的改變。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，壓裝頭旋轉(zhuǎn)半徑的調(diào)節(jié)非常精確。缺點(diǎn)是，由于調(diào)徑伺服電機(jī)的安裝基座在輪胎壓裝過程中也要旋轉(zhuǎn)，伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源及編碼器反饋信號(hào)要通過電旋轉(zhuǎn)接頭引出到控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器上，一旦電旋轉(zhuǎn)接頭中有一根線在旋轉(zhuǎn)過程中接觸不良，就會(huì)造成電機(jī)缺相或者反饋信號(hào)不穩(wěn)定，甚至錯(cuò)誤。壓裝機(jī)就不能正常工作，故障率高，且電旋轉(zhuǎn)接頭可維修性差，更換的成本也很高。

第二種方法，如圖2所示，在旋轉(zhuǎn)體上安裝氣缸滑塊結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)雙行程氣缸頭—頭對(duì)接，其中一個(gè)氣缸的尾端固定在旋轉(zhuǎn)體上，另一個(gè)氣缸的尾端與壓裝頭連接。通過氣缸的行程組合，達(dá)到變換壓裝頭旋轉(zhuǎn)半徑的目的。

變徑氣缸行程組合表如表1。

表1

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，成本低，故障率相對(duì)較低。盡管氣缸在輪胎壓裝過程中也在旋轉(zhuǎn)，氣缸的控制氣路通過氣旋轉(zhuǎn)接頭引出，但與電旋轉(zhuǎn)接頭相比，接觸要求低，技術(shù)成熟，可靠性高。缺點(diǎn)是，氣缸組合只能提供七種半徑，對(duì)于大于七種規(guī)格輪胎的壓裝將無法實(shí)現(xiàn)；而且氣缸的行程不是輪輞半徑差的整數(shù)倍，所以有累積誤差，不能保證壓裝過程中，壓裝頭與各種規(guī)格的輪輞間隙相同。

3 插補(bǔ)式壓裝頭的變徑方法

無論是采用兩個(gè)雙行程氣缸組合方式，還是采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式改變壓裝頭的旋轉(zhuǎn)半徑，其設(shè)計(jì)思想均基于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)思維，即在旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)上，再實(shí)施旋轉(zhuǎn)半徑的調(diào)節(jié)。因此，變徑的控制信號(hào)不可避免地要通過旋轉(zhuǎn)接頭引出，不管是電信號(hào)還是氣信號(hào)。

隨著控制技術(shù)的發(fā)展，特別是伺服運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)和多軸插補(bǔ)技術(shù)及運(yùn)動(dòng)同步技術(shù)的運(yùn)用，筆者考慮，完全可以運(yùn)用上述技術(shù)，采用別的方式實(shí)現(xiàn)壓裝頭的旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)半徑的調(diào)節(jié)，而避開旋轉(zhuǎn)接頭，在成本增加不大的情況下，提高輪胎壓裝設(shè)備的可靠性和適應(yīng)性。

圖3

如圖3所示，將壓裝頭安裝在由兩個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的X-Y坐標(biāo)軸上，而用X-Y坐標(biāo)軸機(jī)構(gòu)取代原來的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。在系統(tǒng)初始定標(biāo)時(shí)，將壓裝頭對(duì)準(zhǔn)輪輞的中心，把此時(shí)的X、Y坐標(biāo)設(shè)為原點(diǎn)。在實(shí)際輪胎壓裝時(shí)，壓裝頭的初始位置坐標(biāo)為（R+Δ,0），其中R為輪輞半徑，Δ為壓裝過程中要求的壓裝頭與輪輞的間隙。在壓裝過程中，控制系統(tǒng)控制X、Y軸的驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)以其坐標(biāo)原點(diǎn)（0,0）為中心，以（R+Δ）為半徑做插補(bǔ)園的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)輪胎與輪輞的壓裝。

由此可見，這種插補(bǔ)式壓裝頭，不但無須原來的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，也避免了電或氣的旋轉(zhuǎn)接頭，提高了壓裝頭的工作可靠性和穩(wěn)定性，而且調(diào)徑方便、精準(zhǔn)，可以適應(yīng)任何直徑的輪輞輪胎壓裝。

但有一個(gè)問題不能忽略，當(dāng)壓裝頭安裝于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上時(shí)，壓裝輪與輪輞始終是相切關(guān)系，起到保護(hù)輪輞和輪胎的作用。當(dāng)壓裝頭安裝于X-Y坐標(biāo)軸機(jī)構(gòu)上時(shí)，壓裝輪不再旋轉(zhuǎn)，并不能保證與輪輞的相切關(guān)系。對(duì)此，在機(jī)構(gòu)上，增加一臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓裝輪軸，在控制上，使得其旋轉(zhuǎn)角速度與X-Y插補(bǔ)圓的角速度同步。這樣，只要系統(tǒng)初始化時(shí)使其初始位置與輪輞相切，在運(yùn)行過程中就一直保持與輪輞相切，起到保護(hù)輪輞和輪胎的作用。

4 結(jié)語

插補(bǔ)變徑式輪胎壓裝頭以一種新的結(jié)構(gòu)思維實(shí)現(xiàn)輪胎與輪輞的壓裝。結(jié)構(gòu)成熟簡單，避免了信號(hào)連接所需的旋轉(zhuǎn)接頭，工作穩(wěn)定可靠，可以適應(yīng)任何直徑的輪輞輪胎壓裝。