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轉向助力器扭杆自動壓拔校直設（shè）備研（yán）製

2014-3-19 來（lái）源：數（shù）控機床（chuáng）市場網作者：

摘要:根據轉向助力（lì）器扭杆壓拔校直工藝的要求，研製出一（yī）種自動壓拔校直設備，采用專用夾具提高係統精度，克（kè）服了（le）傳統工藝工效低（dī）、裝配（pèi）精度低等缺點（diǎn）。該設備在自動壓拔校直時，以PLC為控製係統核心，與（yǔ）HMI協調作用，可修改、設置相關參數，確保扭杆壓拔（bá）、校直的效率及合格率。

扭（niǔ）杆壓拔校直設備（bèi）是用來將扭杆壓入連接軸（zhóu），並對（duì）其進行（háng）拉拔測試，與此（cǐ）同時，對完成壓拔工藝的（de）扭杆組件進行測量、校直的設備（bèi）。此前，扭杆與連接軸通（tōng）過圓（yuán）柱銷（xiāo）連（lián）接，扭杆為光杆，連接軸為光孔，為過渡配合。因（yīn）此，在將扭杆壓入連（lián）接軸後，應再打孔用銷子貫穿以達到固定的作用。如此工藝較為繁複，且（qiě）不易實現自動（dòng）化作業。目前的（de）工藝為扭杆與連（lián）接軸之間采用過盈配合，且扭杆在連接處被加工成花鍵，將（jiāng）原來的彈性變形（xíng）改為塑性變形，通過過盈配合產生足夠的過（guò）盈力來起到牢固連接（jiē）的作用，省去打孔穿銷的工藝，使工藝簡化，提高效率。需要（yào）進（jìn）行壓拔校直的扭杆、連接軸及壓裝好的扭杆（gǎn）組件如圖1所示。

1 扭杆壓拔校直設備機械係統

扭杆壓拔校直設備分為壓拔（bá）工位和測量校直工位。拉拔工位完成扭杆的壓（yā）裝工藝和拉（lā）拔測試工藝，測量校直工位完成扭杆組件（jiàn）的（de）檢（jiǎn）測工藝和校直工藝。雖在同一設備（bèi）上，壓拔工位與檢測校直工位卻（què）可以同時工作（zuò），而不影響係統精度。該設備的機械結構見圖2。

1. 1 扭杆壓拔係統

扭杆（gǎn）壓拔係統由伺服電機（jī）1、電動缸1、拉壓傳（chuán）感器1、上夾具、下夾具、滑座、接近開關（guān）、行程開關等（děng）組成。

扭杆壓拔係統的動力由伺（sì）服電機1提供，通過電動（dòng）缸（gāng）1將旋轉運動轉化為直線運動，安裝在（zài）電動（dòng）缸1端部（bù）的拉壓傳感（gǎn）器1則及（jí）時向PLC傳遞受力信（xìn）號。上夾具用於裝夾待壓裝扭杆，下夾具用於（yú）放（fàng）置待壓裝連接軸。接近（jìn）開關用於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（yā）拔工藝（yì）。滑座則是在完成壓裝工藝後、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;並在（zài）完成拉拔測試（shì）後退回，使拉（lā）拔測試後的工件得以（yǐ）取出。行程開關是在工件裝夾都完畢且全部（bù）正確時的一個開始開關，撥動（dòng）行（háng）程開關設備開始自動進行壓拔工藝。

1. 2 扭杆測量（liàng）校直係統

扭杆（gǎn）測量校直係統由伺服電機2、電動缸2、拉壓傳感器（qì）2、頂杆、伺服電機3、氣（qì）動卡盤、激光位移傳感器等組成。

扭杆測量校直係統由（yóu）測量係統和校直係統兩部分組（zǔ）成（chéng）。壓拔結束的扭杆（gǎn）組件都需測量其跳動量，檢查是否在合格範圍內，測量係統正是為（wéi）了實現這一功能而（ér）設計（jì）的。若所測量得的（de）跳（tiào）動量大於指定值X，則由校直係統進行校直，使扭杆組件合格。

測量係統由（yóu）伺服（fú）電機2、氣動卡盤、激光位移傳感器等組成。氣動卡盤（pán）用於裝夾待測扭杆組件（jiàn），卡盤的高精度保證了（le）測量（liàng）數據的可靠性（xìng）。激光位移傳感器用於測量待測組件到傳感器的距離（lí）。在裝（zhuāng）夾完組件後，激光傳感器自動檢（jiǎn）測該距（jù）離，若在指定範圍內則自動夾緊，並由伺服電機2提供動力帶動卡盤旋（xuán）轉一周。激光傳感器始終自動檢測組件（jiàn）距離（lí）並及時傳（chuán）遞到PLC，通（tōng）過PLC中一係（xì）列（liè）的運算得到組件的跳動量（liàng）。

若是超過指（zhǐ）定值X則需進行校直。校直係統由伺服電機3、電動缸2、拉壓傳感器2、頂（dǐng）杆等組成。伺服電機3提供動（dòng）力，電動缸2將（jiāng）伺服（fú）電（diàn）機的旋轉運動轉（zhuǎn）化為直線運動後帶動推杆對扭杆組件進行校直（zhí）。安裝於電動缸2端部的拉壓傳感器2用於檢測推力的大小（xiǎo）並及時傳遞到PLC，這個力是校直工藝（yì）結束與否的一個判斷條件（jiàn）。

2 扭杆壓拔校（xiào）直設備的電控係統

2. 1 控製係統硬件設計

該扭杆壓拔（bá）校直設備可實現手動和自動功能，它由可編程邏輯控製器( PLC)、伺服電（diàn）機及（jí）人機交互界麵( HMI)等組成。其中PLC是（shì）整個控製係統的核心，遵循（xún）經濟、可靠（kào）、安全、合理的原則，選用（yòng）歐姆龍CP1H係列CP1H - XA40DT - D[1]。HMI選用歐姆龍NS係列的NS12 - TS00B - ECV2，此款HMI的屏幕尺寸為（wéi）304. 8 mm ( 12英寸（cùn）)，且滿足人機（jī）交互的需要[2 -3]。激光（guāng）位移傳感器選用（yòng）歐姆（mǔ）龍ZX - LD40，微米級的測量精度（dù），確保整套係統數據的準確性。伺服電（diàn）機選用三菱係列（liè）。其他硬件（jiàn）根據性能可靠並（bìng）遵循經濟、安全、合理的原則適當選取。根（gēn）據控（kòng）製扭杆壓拔校直（zhí）的具體要求，其係統框圖設計如圖3所示。

2. 2 控製係統（tǒng）軟件設計

2. 2. 1 壓拔控製原理

壓（yā）拔開始之前需先使各部件複位，即使電動缸1回到零位（wèi），滑座回到零位。複位完成（chéng）後裝夾好工件，撥（bō）動行程（chéng）開關開始自動壓拔。係統複位可通過點擊HMI上的“停止複位”按鈕來完成（chéng）。在做拉拔測試時，將判斷能承受8 kN以上的力變（biàn）換為判（pàn）斷拉拔至8 kN力時扭（niǔ）杆的位移量不超過指定值。判斷拉拔力的大小（xiǎo）是為了確定壓裝後扭杆與連接軸之間的鬆緊程度，力越大則越緊;反（fǎn）之，力過小，則（zé）在使（shǐ）用過程中（zhōng）容易鬆脫，存在安全隱患。用相同的力拉拔，連接越是（shì）緊湊的扭杆（gǎn）拉拔位移越小。由此可知，將力（lì）判斷（duàn）方式改（gǎi）為位移判斷方式可行。具體的位移閾值則通過試（shì）驗得到。該設備（bèi）的自動壓拔流程圖如圖4所示。

2. 2. 2 測量校直控製（zhì）原理

測量校直（zhí）開始之前需先使各部件複位，即使電動缸2回到零位，氣動卡盤處於鬆開狀態。係統（tǒng）複位可通過點擊HMI上的“停止複（fù）位”按（àn）鈕來完成。複位完成後將壓裝好的扭杆組（zǔ）件放入三爪卡盤（pán）中，激光傳感器將自動檢測扭杆組件的距（jù）離，在指定距離範圍內則卡盤自動夾緊，同（tóng）時伺服電機2開始（shǐ）旋轉，即係統自動夾緊並測量。測量完成後，會根（gēn）據一圈內所測得的距離數據計算（suàn）工件的跳動量。比較工（gōng）件（jiàn）的（de）最大跳動（dòng）量Xmax與指定值X，若Xmax< X，則扭杆合格（gé）;否則判為不合格，係統自（zì）動（dòng）開始校直（zhí）。校直（zhí）完成後係（xì）統開始第二輪測（cè）量，並判斷（duàn）合格與否。如此反複，直至校直到合（hé）格範圍（wéi），或者校直次數超過指定次（cì）數N。經過試驗並調整（zhěng）不同跳動量區間所對應的校直力，目前可穩定在3次以（yǐ）內將所有扭杆校直，即該設備加工出來的扭杆組件合（hé）格率達到了100%。該設備的自動測量校直（zhí）流程圖如圖5所示。

3 結束語

該扭杆壓拔校直（zhí）設備以（yǐ）PLC為控製核心（xīn），通過HMI進（jìn）行人機交互，依靠伺服（fú）電機達到精確定位，通過激光傳感器完成微米級的測量。扭杆壓拔的合格率達到設計要求，並能在指定次數內將所有扭杆校（xiào）直到合格範圍，生產出的扭（niǔ）杆組件合格率達到100%。該設備實現了扭杆壓（yā）拔及測量（liàng）校直的自動化，極大地（dì）減（jiǎn）輕了壓拔校直的勞動強度。目前（qián），該設備已投入使用，使（shǐ）用效果很好（hǎo）。

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