專利名稱：平衡軸斜齒輪自動熱壓裝配裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變速箱平衡軸的重心找正和平衡軸與斜齒輪的熱壓裝配領(lǐng)域，特別涉 及一種汽車變速箱平衡軸與斜齒輪的裝配裝置。
背景技術(shù)：
汽車變速箱的平衡軸起平衡和降低噪音作用。平衡軸根據(jù)變速箱運動部件的整體 不平衡量設(shè)計成不平衡的曲軸結(jié)構(gòu)，從而平衡變速箱運動部件的整體不平衡量。平衡軸與 斜齒輪的裝配精度直接影響平衡軸的平衡效果。要求平衡軸的不平衡重心位置與斜齒輪的 螺旋角的起點位置達到工程設(shè)計的要求精度。平衡軸的重心位置通過動平衡原理找正并標 記，平衡軸重心找正后，通過高頻加熱與斜齒輪裝配。整個過程必須自動完成，其中，平衡軸 和斜齒輪的定位與傳輸必須達到足夠的精度。目前，國內(nèi)平衡軸和斜齒輪的裝配首先在動 平衡機上進行重心找正并標記，然后通過簡單工裝采用手工熱壓裝配，效率低，裝配精度不 高，廢品率高。現(xiàn)有技術(shù)沒有涉及平衡軸斜齒輪自動熱壓裝置。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種平衡軸斜齒輪自動熱壓裝置，具有自動平衡找正、鉆 孔標識、自動熱壓功能，可以解決汽車變速箱生產(chǎn)中平衡軸和斜齒輪自動熱壓裝配，并保證 平衡軸和斜齒輪裝配的精度。
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的具體技術(shù)方案如下
本裝置由基座、動平衡機、齒輪熱壓機、機械手、上下料站、液壓站、外殼及控制部 分組成。
所述動平衡機、齒輪熱壓機、機械手、上下料站按一定間距平行固定在基座上，機 械手實現(xiàn)平衡軸在動平衡機、齒輪熱壓機、上下料站之間的傳輸和斜齒輪在齒輪熱壓機、上 下料站之間的傳輸。
本裝置完成對汽車平衡軸的動平衡測量、找正及最大動不平衡位置的標識和對齒 輪的熱壓裝配兩道工序。在動平衡機中可以完成汽車變速箱平衡軸動平衡量的測量、最大 動不平衡量的位置找正；并通過鉆孔加工標識出最大動不平衡量位置；再次啟動動平衡機 可以找正汽車變速箱平衡軸需要放置的裝配方位。而在齒輪熱壓機上可以實現(xiàn)對斜齒輪的 夾緊定位、加熱以及完成斜齒輪在汽車平衡軸中熱套裝配。
動平衡機采用氣動方式實現(xiàn)對平衡軸的夾持。齒輪熱壓機采用高頻加熱方式對斜 齒輪進行加熱，采用氣動方式對平衡軸加壓，斜齒輪設(shè)計有夾具，保證斜齒輪螺旋角的位置 精度。液壓站提供冷卻循環(huán)水對高頻加熱頭進行冷卻。熱壓完成后，一定壓力的冷卻空氣 使工件迅速冷卻。
機械手上有兩個可以獨立運行的機械手，分別執(zhí)行平衡軸和斜齒輪的運輸。這樣， 設(shè)備中的機械手可以獨立地完成對汽車變速箱平衡軸和齒輪的夾取運送，并可將夾取的相 應(yīng)工件準確地送往合適的加工位置上，進行加工，這樣可以節(jié)省時間，操作安全，提高工作效率。
在兩臺加工設(shè)備工作的過程中，對工件的許多加工操作可以同步進行(比如動平 衡機在對汽車變速箱平衡軸進行動平衡測量、鉆孔標識最大動不平衡位置的同時；在齒輪 熱壓機上可以同步地進行對齒輪的加熱和齒輪在軸中的熱套裝配等工作)。機械手運輸過 程中，各工位均設(shè)計有限位塊和減振緩沖器，保證運行平穩(wěn)準確。機械手夾持夾具設(shè)計有限 位機構(gòu)，保證夾持位置精度。機械手運行過程中，設(shè)計有抱死安全裝置。
有益效果本平衡軸斜齒輪熱壓裝置用于汽車變速箱平衡軸動平衡位置找正、鉆 孔標識、并完成齒輪在汽車平衡軸中熱套裝配等加工。本裝置整個設(shè)備具有足夠的靜態(tài)、動 態(tài)、熱穩(wěn)態(tài)剛度和精度。采用先進的技術(shù)，保證整個系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能，所選擇的檢 測測量和顯示系統(tǒng)的執(zhí)行元件精度高、可靠性好、抗干擾能力強、響應(yīng)速度快、連續(xù)加工工 作性能穩(wěn)定。本套設(shè)備質(zhì)量可靠性高，能穩(wěn)定連續(xù)的工作，且使用壽命較長。設(shè)備操作維護 方便、造型美觀、安全性能良好，不會污染環(huán)境及危害人身體健康。


圖1為平衡軸斜齒輪熱壓裝置外觀結(jié)構(gòu)圖2為平衡軸斜齒輪熱壓裝置隱去外殼和控制箱部分后組成結(jié)構(gòu)圖(軸視圖)；
圖3為平衡軸斜齒輪熱壓裝置隱去外殼和控制箱部分后組成結(jié)構(gòu)圖(俯視圖)；
圖4為平衡軸斜齒輪熱壓裝置隱去外殼、控制箱部分及機械手后組成結(jié)構(gòu)圖(軸 視圖)；
圖5為平衡軸斜齒輪熱壓裝置隱去外殼、控制箱部分及機械手后組成結(jié)構(gòu)圖(俯 視圖)；
圖6為平衡軸斜齒輪熱壓裝置平衡機組成結(jié)構(gòu)軸視圖7為平衡軸斜齒輪熱壓裝置齒輪熱壓機組成結(jié)構(gòu)軸視圖8為平衡軸斜齒輪熱壓裝置上下料站組成結(jié)構(gòu)軸視圖9為平衡軸斜齒輪熱壓裝置機械手組成結(jié)構(gòu)軸視圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本平衡軸斜齒輪熱壓裝置作進一步說明。
如圖1-9所示，本裝置由基座1、動平衡機2、齒輪熱壓機3、機械手4、上下料站5、 液壓站6、外殼7及控制部分8組成。
本發(fā)明裝置完成對汽車變速箱平衡軸的動平衡測量、找正及最大動不平衡位置的 標識和對齒輪的熱壓裝配兩道工序。在動平衡機2中可以完成汽車變速箱平衡軸動平衡量 的測量、最大動不平衡量的位置找正；并通過鉆孔加工標識出最大動不平衡量位置；再次 啟動動平衡機2可以找正汽車變速箱平衡軸需要放置的裝配方位。而在齒輪熱壓機3上可 以實現(xiàn)對斜齒輪的夾緊定位、加熱以及完成斜齒輪在汽車平衡軸中熱套裝配。液壓站6提 供冷卻循環(huán)水對高頻加熱頭進行冷卻。熱壓完成后，一定壓力的冷卻空氣使工件迅速冷卻。
所述動平衡機2、齒輪熱壓機3、機械手4、上下料站5按一定間距平行固定在基座 1上，機械手4實現(xiàn)平衡軸在動平衡機2、齒輪熱壓機3、上下料站5之間的傳輸和斜齒輪在 齒輪熱壓機3、上下料站5之間的傳輸。
裝置的全部動作由控制部分8實現(xiàn)自動控制。
動平衡機2 (見圖6)由標識鉆孔機21、氣動夾具22和動平衡測試裝置23組成。 動平衡機2采用氣動夾具22實現(xiàn)對平衡軸的夾持。平衡測試裝置23由伺服電機四和一 組高精密軸承驅(qū)動汽車變速箱平衡軸轉(zhuǎn)動，通過四個加速度傳感器M、25J6、27和一個光 電編碼器觀對平衡軸進行動平衡測量與找正。標識鉆孔機21通過鉆孔加工標識出最大動 不平衡量位置，采用伺服控制和機械限位控制鉆孔深度。鉆孔鉆屑通過吸塵器接口 210由 吸塵器吸走。
齒輪熱壓機3 (見圖7)由支座31、壓裝氣缸32、壓塊33、夾持氣缸34、斜齒輪夾具 35、輔助壓平氣缸36、壓塊37、高頻加熱器38組成。平衡軸由機械手4抓持，壓塊33固定 在支座上的導(dǎo)軌39的滑臺上，壓裝氣缸32推動壓塊33將平衡軸壓裝到斜齒輪的內(nèi)孔中； 斜齒輪設(shè)計有斜齒輪夾具35，保證斜齒輪螺旋角的位置精度；斜齒輪夾具35由夾持氣缸34 驅(qū)動實現(xiàn)打開與夾緊；壓塊37通過輔助壓平氣缸36將斜齒輪壓平；采用高頻加熱器38對 斜齒輪進行加熱。壓裝完成后，通過斜齒輪夾具35上的氣孔和冷卻空氣使斜齒輪迅速降ilm ο
上下料站5 (見圖8)由支座51、滑臺52、平衡軸夾具53、斜齒輪夾具M、氣缸驅(qū)動 55組成。平衡軸夾具53和斜齒輪夾具M固定在滑臺52上，滑臺52通過直線導(dǎo)軌固定在 支座51上，滑臺52通過氣缸驅(qū)動55驅(qū)動可以前后移動。從而實現(xiàn)將平衡軸和斜齒輪分別 從人工上下料位置送至工作位置；當平衡軸與斜齒輪裝配完成后，滑臺52自動移出退回到 人工上下料位置，便于工件上下料。
機械手4 (見圖9)由支架41、直線導(dǎo)軌42、縱向驅(qū)動氣缸43、平衡軸機械手44、斜 齒輪機械手45、平衡軸上下驅(qū)動氣缸46、斜齒輪上下驅(qū)動氣缸47、平衡軸橫向驅(qū)動氣缸48、 平衡軸夾緊氣缸49、斜齒輪夾緊氣缸410、限位器411、縱向驅(qū)動鎖緊器412組成。平衡軸機 械手44與斜齒輪機械手45固定在直線導(dǎo)軌42上面的滑臺上，通過縱向驅(qū)動氣缸43驅(qū)動 一起作縱向移動，分別執(zhí)行平衡軸和斜齒輪的縱向運輸。限位器411限制機械手縱向移動 的位置，縱向驅(qū)動鎖緊器412對機械手的縱向移動位置進行鎖緊，保證平衡軸和斜齒輪分 別準確可靠地在平衡機2、齒輪熱壓機3、上下料站5之間進行傳輸。平衡軸機械手44與斜 齒輪機械手45的上下運動和橫向運動及夾緊動作分別獨立運行。平衡軸上下驅(qū)動氣缸46、 斜齒輪上下驅(qū)動氣缸47分別驅(qū)動平衡軸機械手44與斜齒輪機械手45上下運動。平衡軸 橫向驅(qū)動氣缸48驅(qū)動平衡軸機械手44橫向運動，實現(xiàn)平衡軸在齒輪熱壓機3的熱壓裝配。 平衡軸橫向驅(qū)動氣缸48在齒輪的熱壓裝配過程中處于卸氣狀態(tài)，起導(dǎo)向作用。平衡軸的熱 壓裝配由齒輪熱壓機3的壓裝氣缸32推動壓塊33將平衡軸壓裝到斜齒輪的內(nèi)孔中完成。 熱壓裝配完成后，平衡軸橫向驅(qū)動氣缸48退回。機械手縱向驅(qū)動氣缸43、平衡軸上下驅(qū)動 氣缸46、斜齒輪上下驅(qū)動氣缸47、平衡軸夾緊氣缸49、斜齒輪夾緊氣缸410均帶斷氣抱死鎖 緊功能，保證機械手傳輸過程中安全可靠。機械手4通過支架41安裝在設(shè)備基座1上。
平衡軸機械手44具備縱向(Y向)、橫向(X向)、上下(Z向)三個方向的自由度， 斜齒輪機械手45具備縱向(Y向)和上下(Z向)兩個方向的自由度。在縱向運動方向上 機械手采用同步運動的方式。機械手的全部動作由氣缸驅(qū)動，氣缸由電磁閥控制，整個機械 手在工作中能實現(xiàn)上升/下降、前移/后移、左移/右移、夾緊/放松等功能。其中升降、左 右移、前后移動均通過氣缸、導(dǎo)柱及位置微動開關(guān)相互配合完成；而機械手的手爪則是通過夾持氣缸、定位氣缸的作用來夾持物品。機械手采用氣動方式驅(qū)動，具有動作迅速，反應(yīng)靈 敏，動作平穩(wěn)，阻力損失和泄露小等優(yōu)點，其定位精度可達到士0.5mm以內(nèi)。本系統(tǒng)中驅(qū)動 氣壓使用的壓力為6bar。
所述動平衡機2、齒輪熱壓機3、機械手4和上下料站5容置在外殼7內(nèi)，然后整體 置于基座1上；液壓站6提供齒輪熱壓機3高頻加熱頭的循環(huán)冷卻水，各部件的運動通過所 述控制部分8來控制。
設(shè)備工作的過程中，對平衡軸和斜齒輪工件的許多加工操作可以同步進行，比如 動平衡機2在對平衡軸進行動平衡測量、鉆孔標識最大動不平衡位置的同時，在齒輪熱壓 機3上可以同步地進行對齒輪的加熱和齒輪在軸中的熱套裝配等工作。設(shè)備的控制采用可 編程序邏輯控制器(PLC)來實現(xiàn)對各種運動的控制。具體實施步驟如下
1)人工將待裝配的汽車變速箱平衡軸和斜齒輪分別放置在上下料站5上；
2)平衡軸機械手44、斜齒輪機械手45同時分別夾取上下料站5上的汽車變速箱 平衡軸和斜齒輪；
3)機械手先把斜齒輪機械手45夾持的斜齒輪運送到齒輪熱壓機3上的斜齒輪夾 具35上，輔助壓平氣缸36驅(qū)動壓塊37將斜齒輪壓平，同時，夾持氣缸34驅(qū)動斜齒輪夾具 35將斜齒輪固定好；
4)機械手平衡軸機械手44將夾緊的汽車變速箱平衡軸運送至動平衡機2的加工 工位，軸的兩端通過氣動夾具22進行徑向定位夾緊；而平衡軸的軸向通過標識鉆孔機21的 鉆孔預(yù)頂緊裝置頂緊軸的端面進行軸向定位夾緊；
5)啟動動平衡機2，對裝夾好的汽車變速箱平衡軸進行動不平衡量測量，記錄相 應(yīng)的汽車平衡軸的最大不平衡量的位置；通過標識鉆孔機21的鉆孔預(yù)頂緊裝置對汽車變 速箱平衡軸的外端端面進行軸向定位并夾緊，對剛剛測量得到的汽車平衡軸的最大動不平 衡量的位置按生產(chǎn)工藝卡的要求鉆一直徑為5mm的孔進行標記；
6)啟動高頻加熱裝置38，在齒輪熱壓機3上對夾放好的斜齒輪進行加熱，使斜齒 輪的齒圈熱膨脹；
7)在動平衡機上2完成上面的對汽車平衡軸的最大不平衡量的位置標識以后，再 次啟動動平衡機2，對汽車變速箱平衡軸進行軸的方向找正，使此時軸放置的方向為裝配方 向；
8)平衡軸機械手44將動平衡機上2加工好的汽車變速箱平衡軸夾緊，運送至齒輪 熱壓機3的位置，由壓裝氣缸32將平衡軸頂入已加熱好的斜齒輪中進行熱套裝配；
9)裝配完成后，平衡軸機械手44將裝配好的平衡軸運送到上下料站5上的平衡軸 夾具53上，上下料站5移出，等待人工上下工件。進行下一個加工循環(huán)。權(quán)利要求
1.一種平衡軸斜齒輪自動熱壓裝配裝置，用于汽車變速箱平衡軸與斜齒輪之間的熱 壓裝配，該裝置包括動平衡機(2 )、齒輪熱壓機(3 )、機械手(4 )和上下料站(5 )，所述機械手 (4)夾取上下料站(5)上待裝配的平衡軸和斜齒輪，分別送至動平衡機(2)和齒輪熱壓機 (3)，該動平衡機(2)對所述平衡軸進行動不平衡量測量，并對平衡軸進行方向找正，斜齒輪 在齒輪熱壓機(3)中被加熱，經(jīng)動不平衡測量和方向找正后的平衡軸由所述機械手(4)送 至斜齒輪熱壓機(3)中，與已加熱的斜齒輪進行熱壓裝配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平衡軸斜齒輪自動熱壓裝配裝置，其特征在于，所述的動平 衡機(2)包括氣動夾具(22)和動平衡測試裝置(23)，該氣動夾具(22)用于對平衡軸進行夾 持，該平衡測試裝置(23)實現(xiàn)對平衡軸的動平衡測量以及方向找正。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平衡軸斜齒輪自動熱壓裝配裝置，其特征在于，所述的動平 衡測試裝置(23)包括光電編碼器(28)、伺服電機(29)和多個加速度傳感器(24、25、26、 27)，平衡軸在該伺服電機(29)驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，通過所述光電編碼器(28)和分布在周圍的所 述多個加速度傳感器(24、25、26、27)進行不平衡量大小和角度的測量，找到最大動不平衡 量位置并找正方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的平衡軸斜齒輪自動熱壓裝配裝置，其特征在于，所述 的動平衡機(2)還包括標識鉆孔機(21 )，用于對測量出的最大動不平衡量位置鉆孔加工以 進行標識。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的平衡軸斜齒輪自動熱壓裝配裝置，其特征在于，所述 的齒輪熱壓機(3)包括支座(31)、壓裝氣缸(32)、壓塊(33)、夾持氣缸(34)、斜齒輪夾具 (35)和高頻加熱器(38)，所述壓塊(33)固定在支座(31)的導(dǎo)軌(39)上，壓裝氣缸(32)推 動壓塊(33 )將平衡軸壓裝到斜齒輪的內(nèi)孔中，斜齒輪夾具(35 )用于夾持所述斜齒輪，其由 夾持氣缸(34)的驅(qū)動實現(xiàn)打開與夾緊，所述高頻加熱器(38)用于對所述斜齒輪進行加熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的平衡軸斜齒輪自動熱壓裝配裝置，其特征在于，所述 機械手(4)包括支架(41)、直線導(dǎo)軌(42)、平衡軸機械手(44)和斜齒輪機械手(45)，所述直 線導(dǎo)軌(42)對稱布置在支架(41)上，所述平衡軸機械手(44)與斜齒輪機械手(45)固定在 直線導(dǎo)軌(42)上的滑臺上，可沿直線導(dǎo)軌往復(fù)滑動，實現(xiàn)Y向上的運動，同時，該平衡軸機 械手(44)和斜齒輪機械手(45)可分別沿Z向上下運動，該平衡軸機械手(44)還可沿X向 橫向運動，從而實現(xiàn)該平衡軸機械手(44 )夾持所述平衡軸在平衡機(2 )、齒輪熱壓機(3 )和 上下料站(5)之間的傳輸，實現(xiàn)該斜齒輪機械手(45)夾持所述斜齒輪在齒輪熱壓機(3)和 上下料站(5)之間的傳輸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的平衡軸斜齒輪自動熱壓裝配裝置，其特征在于，該機械手(4) 包括縱向驅(qū)動氣缸(43)、平衡軸上下驅(qū)動氣缸(46)、斜齒輪上下驅(qū)動氣缸(47)和平衡軸 橫向驅(qū)動氣缸(48)，所述平衡軸機械手(44)與斜齒輪機械手(45)通過所述縱向驅(qū)動氣缸 (43)的驅(qū)動實現(xiàn)所述Y向上的運動；所述平衡軸上下驅(qū)動氣缸(46)、斜齒輪上下驅(qū)動氣缸 (47)分別驅(qū)動平衡軸機械手(44)和斜齒輪機械手(45)上下運動；所述平衡軸橫向驅(qū)動氣 缸(48)驅(qū)動平衡軸機械手(44)實現(xiàn)所述橫向運動。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的平衡軸斜齒輪自動熱壓裝配裝置，其特征在于，所述機械 手(4)還包括限位器(411)和縱向驅(qū)動鎖緊器(412)，用于對機械手(4)的限位和鎖緊，以確 保平衡軸和斜齒輪分別準確可靠地在平衡機(2)、齒輪熱壓機(3)、上下料站(5)之間進行傳輸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之一所述的平衡軸斜齒輪自動熱壓裝配裝置，其特征在于，所述 上下料站(5)包括上下料站支座(51)、滑臺(52)、平衡軸夾具(53)、斜齒輪夾具(54)和氣缸 驅(qū)動機構(gòu)(55)，所述平衡軸夾具(53)和斜齒輪夾具(54)固定在滑臺(52)上，分別用于夾持 平衡軸和斜齒輪，該滑臺(52)通過直線導(dǎo)軌固定在支座(51)上，其可在所述氣缸驅(qū)動機構(gòu) (55)的驅(qū)動前后移動，從而實現(xiàn)平衡軸和斜齒輪的輸送。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9之一所述的平衡軸斜齒輪自動熱壓裝配裝置，其特征在于，所述 裝置還包括基座(1)、外殼(7)及控制部分(8)，所述動平衡機(2)、齒輪熱壓機(3)、機械手 (4)和上下料站(5)容置在外殼(7)內(nèi)，并整體置于基座(1)上，各部件的運動通過所述控 制部分(8)來控制。
全文摘要
一種平衡軸斜齒輪自動熱壓裝配裝置，包括動平衡機(2)、齒輪熱壓機(3)、機械手(4)和上下料站(5)，所述機械手(4)夾取上下料站(5)上待裝配的平衡軸和斜齒輪，分別送至動平衡機(2)和齒輪熱壓機(3)，該動平衡機(2)對所述平衡軸進行動不平衡量測量，并對平衡軸進行方向找正，斜齒輪在齒輪熱壓機(3)中被加熱，經(jīng)動不平衡測量和方向找正后的平衡軸由所述機械手(4)送至斜齒輪熱壓機(3)中，與已加熱的斜齒輪進行熱壓裝配。本裝置具有足夠的靜態(tài)、動態(tài)、熱穩(wěn)態(tài)剛度和精度，整個系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能，所選擇的檢測測量和顯示系統(tǒng)的執(zhí)行元件精度高、可靠性好、抗干擾能力強、響應(yīng)速度快、連續(xù)加工工作性能穩(wěn)定。
文檔編號B23P11/02GK102029501SQ20101059277
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者曹繼光, 王元勛 申請人:華中科技大學(xué)