后橋殼焊接組件自動(dòng)檢具的機(jī)械設(shè)計(jì)

DOI：10.3969 / j。 issn。 2095 -509X。 2015.09.009后橋殼焊接總成自動(dòng)檢具機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)陳曉敏（太原工學(xué)院機(jī)械工程系，山西太原03000８）摘要：為了100％檢測(cè)關(guān)鍵汽車零部件的幾何參數(shù)，軸箱將在以后焊接。例如，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合使用定性和定量檢測(cè)方法，設(shè)計(jì)自動(dòng)檢具來檢測(cè)其幾何參數(shù)，并著重于檢查的機(jī)械結(jié)構(gòu)和檢測(cè)原理實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用顯示自動(dòng)檢具，每個(gè)后橋殼焊接組件的設(shè)計(jì)檢查時(shí)間約為80s，可重復(fù)精度達(dá)到0.1mm，滿足了檢查精度和生產(chǎn)周期，達(dá)到了100％關(guān)鍵詞：后橋殼焊接總成； 自動(dòng)檢具；機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中文圖書館分類號(hào)：U466文件標(biāo)記g代碼：A產(chǎn)品編號(hào)：2095 -509X（2001５）09 -0030 -05）隨著中國汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車制造業(yè)呈現(xiàn)出大規(guī)模，自動(dòng)化生產(chǎn)的顯著特征[1]。為了滿足制造過程中裝配過程中的互換性以及使用過程中的安全性和舒適性，必須對(duì)后橋殼等進(jìn)行焊接裝配。關(guān)鍵部件的幾何參數(shù)應(yīng)進(jìn)行100％檢查[2]。因此，高精度，快速，自動(dòng)的汽車零部件幾何參數(shù)檢測(cè)已成為汽車制造過程中亟待解決的問題[3-4]。 1后軸的結(jié)構(gòu)和檢查尺寸。后橋殼組件是在汽車底盤中安裝差速器，車軸，輪轂，減震器，拉桿和懸架的重要基礎(chǔ)部件。它支持并保護(hù)最終驅(qū)動(dòng)器，差動(dòng)軸和半軸等。[5]。

如圖1所示，檢查的后橋殼焊接組件由對(duì)稱的“ U”形長（短）縱向桿安裝支架，減震器安裝支架，螺旋彈簧安裝支架和后橫向穩(wěn)定桿組成。安裝支架和“ U”形拉桿支架通過焊接連接在一起。在圖中，將軸O 1 O 2和中心線O 3 O 4用作設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，并以X和Y軸建立圖中所示的坐標(biāo)系。要測(cè)試的幾何參數(shù)為：１）對(duì)稱結(jié)構(gòu)的支架上兩個(gè)孔中心線（圖中的AB）的中心距和坐標(biāo)自動(dòng)檢具，中心線與每個(gè)坐標(biāo)軸之間的夾角（A 1圖片中的A 2和B 1 B 2），其中兩個(gè)孔分別是平面的距離（稱為跨度）；２）連接拉桿支架上兩個(gè)孔的線的中點(diǎn)坐標(biāo)，中心線和每個(gè)坐標(biāo)軸之間的夾角以及跨度。 2自動(dòng)檢查設(shè)備的原理后橋殼焊接組件自動(dòng)檢具是自動(dòng)化生產(chǎn)線后橋殼焊接組件結(jié)構(gòu)的三維示意圖的組成部分。由于安裝空間的限制，尺寸不能太大。因此，在設(shè)計(jì)中結(jié)合使用了定性和定量檢測(cè)。定量測(cè)試用于與具有特殊結(jié)構(gòu)或不規(guī)則定位參考的結(jié)構(gòu)相關(guān)的幾何參數(shù)，這些參數(shù)會(huì)導(dǎo)致焊接過程不穩(wěn)定并易于產(chǎn)生超公差（例如長和短的垂直拉桿安裝支架和橫向穩(wěn)定桿安裝支架）;適用于簡單結(jié)構(gòu)與孔和光軸結(jié)構(gòu)有關(guān)的幾何參數(shù)（如拉桿支架，減震器安裝支架和螺旋彈簧安裝支架等）采用定性檢測(cè)方法。

根據(jù)后橋焊接總成的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，定性和定量檢測(cè)方法，設(shè)計(jì)了檢測(cè)方法自動(dòng)檢具的幾何參數(shù)，如圖2所示。它主要包括定位和夾緊機(jī)構(gòu)，長和長。短垂直拉桿支架和水平穩(wěn)定器桿支架定量檢測(cè)機(jī)構(gòu)，水平拉桿支架檢測(cè)機(jī)構(gòu)，螺旋彈簧支架檢測(cè)機(jī)構(gòu)和減震器支架定性檢測(cè)機(jī)構(gòu)，激光位移傳感器測(cè)量承載機(jī)構(gòu)等。接收日期：2015-06- 08關(guān)于作者：陳曉敏（1957-），男，遼寧葫蘆島人，太原工學(xué)院助理工程師，主要從事特種機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)與開發(fā)。 ·03·2015卷44機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程圖2后橋殼焊接組件自動(dòng)檢具機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維模型2.1定位和夾緊機(jī)構(gòu)定位和夾緊機(jī)構(gòu)用于使工件相對(duì)于自動(dòng)檢具進(jìn)行檢測(cè)上面的機(jī)制保持正確的位置，并在檢測(cè)過程中保持不變。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。它由調(diào)平機(jī)構(gòu)，對(duì)中機(jī)構(gòu)，膨脹銷機(jī)構(gòu)等組成，以實(shí)現(xiàn)工件的完全定位。調(diào)平機(jī)構(gòu)如圖3（a）所示，它限制了工件的定位和夾緊機(jī)構(gòu)繞X軸的旋轉(zhuǎn)自由度，這是一個(gè)空間曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。在檢測(cè)期間，壓平臂在工件的重力作用下繞著鉸鏈點(diǎn)旋轉(zhuǎn)壓縮彈簧，并在彈簧力的作用下接觸工件的底面。由于前后調(diào)平臂的高度相同，因此工件的底面始終與XOY平面平行。定心機(jī)構(gòu)如圖3（b）所示，它限制了工件沿X方向的平移自由度。它使用旋轉(zhuǎn)氣缸（圖中未顯示氣缸體），并且一對(duì)對(duì)稱的曲柄滑塊結(jié)構(gòu)連接到活塞桿。

在定位過程中氣缸旋轉(zhuǎn)時(shí)，活塞桿帶動(dòng)左右對(duì)稱滑塊延伸并與后橋殼底部的弧線接觸。圓心與坐標(biāo)原點(diǎn)重合，坐標(biāo)原點(diǎn)充當(dāng)定心功能并限制X方向的平移自由度。膨脹銷機(jī)構(gòu)如圖3（c）所示，它限制了工件沿Y和Z方向的平移自由度以及繞Y和Z軸旋轉(zhuǎn)的自由度。錐形膨脹銷主體上有4個(gè)傾斜的凹槽，并且楔形安裝在凹槽中。在檢查過程中，首先將工件放在兩側(cè)的預(yù)支撐件上，然后將校平和定心機(jī)構(gòu)移至預(yù)定位置。然后，進(jìn)給機(jī)構(gòu)將膨脹銷機(jī)構(gòu)推入后軸兩端的軸孔中，將膨脹銷缸的活塞桿推出，并使膨脹銷體移動(dòng)。此時(shí)·13·2015年9月機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程Sep. Volume 44，Issue 9，2015機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程第一卷。 44號(hào)。安裝在第9槽中的楔形件在徑向方向上彈出，以在由膨脹銷體的推力和導(dǎo)向套筒的阻力形成的合力的作用下配合軸孔，從而限制了工件沿軸向的平移自由度Y，Z方向以及繞Y，Z軸的運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)自由度。檢測(cè)完成后，膨脹銷油缸的活塞桿縮回，楔塊向下移動(dòng)，工件掉落并由預(yù)支撐件支撐。然后，支撐機(jī)構(gòu)的活塞桿向反方向旋轉(zhuǎn)，左右對(duì)稱的滑塊向后退，工件完全松開。 2.2長（短）縱向支撐參數(shù)檢測(cè)機(jī)制長和短縱向支撐參數(shù)具有相似的結(jié)構(gòu)和相同的幾何參數(shù)，因此兩個(gè)部分使用相同的檢測(cè)機(jī)制，并且左右兩個(gè)支撐各一套，如圖所示。圖4。

檢測(cè)機(jī)構(gòu)主要由三層交叉滑臺(tái)，Z方向滑臺(tái)，支架，抓手，氣缸，量塊，角度傳感器，位移傳感器等組成。檢測(cè)期間，該機(jī)制具有6個(gè)自由度。圖4長（短）縱向支撐參數(shù)檢測(cè)機(jī)制三層十字滑軌是一種在X和Y方向上具有兩個(gè)平移自由度的機(jī)制。底層固定在基底上，中間層可以相對(duì)于底層在X方向上滑動(dòng)，而頂層是相對(duì)的。中間層可以沿Y方向滑動(dòng)。 Z方向滑臺(tái)和三層交叉滑臺(tái)的頂層共同安裝在Z方向?qū)к壣?，可以沿Z方向滑動(dòng)。測(cè)量塊固定連接到Z方向滑臺(tái)，因此測(cè)量塊相對(duì)于基座具有X，Y和Z的3個(gè)方向。平移自由度。夾爪托架和Z方向滑動(dòng)臺(tái)通過軸承安裝，并且可以繞Z軸相對(duì)于Z方向滑動(dòng)臺(tái)自由旋轉(zhuǎn)。夾爪機(jī)構(gòu)通過軸承安裝在支架上，并與角度傳感器的軸固定連接。夾爪支架可繞Y軸旋轉(zhuǎn)，并且角度傳感器的外殼固定在支架上。夾爪機(jī)構(gòu)的兩個(gè)夾爪配有兩個(gè)彈簧頂錐銷，并且彈簧頂錐銷的軸線，夾爪支座的旋轉(zhuǎn)軸線和夾爪的旋轉(zhuǎn)軸線在中心相交夾爪的尖端。在檢測(cè)過程中，氣缸的活塞桿伸出，將兩個(gè)夾爪上的彈頂圓錐銷推入支架的兩個(gè)孔中，同時(shí)驅(qū)動(dòng)位移傳感器移動(dòng)。當(dāng)錐銷的錐面接觸孔時(shí)，彈簧頂錐銷被壓縮回去，直到夾爪上的定位平面與支架的外表面接觸。在此過程中，Z方向滑臺(tái)和三層交叉滑臺(tái)分別在X，Y和Z方向上移動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)將被映射到測(cè)量塊，并且位置變化可以通過三個(gè)激光位移傳感器進(jìn)行測(cè)量。兩個(gè)孔的中心之間的連接的中點(diǎn)的偏移量以及左右測(cè)量塊的偏移量可用于計(jì)算中點(diǎn)的中心距離和位置坐標(biāo)。

在檢測(cè)過程中，夾持器機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)角度傳感器繞Z和Y軸旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)孔的中心線與Z和Y坐標(biāo)軸之間的角度測(cè)量。夾爪驅(qū)動(dòng)換檔傳感器移動(dòng)齒輪距離測(cè)量值，以實(shí)現(xiàn)換檔距離測(cè)量。 2.3拉桿支架參數(shù)檢測(cè)機(jī)制拉桿支架的幾何參數(shù)是間接測(cè)量的，即通過測(cè)量兩個(gè)安裝孔中心的坐標(biāo)，計(jì)算出所有幾何參數(shù)。如圖5所示，拉桿支架檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括三層橫向滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，電動(dòng)缸，雙向彈簧頂出銷機(jī)構(gòu)，進(jìn)給機(jī)構(gòu)，閂鎖和測(cè)量塊。它基本上類似于多頭和空頭垂直括號(hào)檢測(cè)機(jī)制。區(qū)別在于它沒有Z方向滑臺(tái)，而是使用雙向頂針機(jī)構(gòu)從內(nèi)部穿透兩個(gè)孔進(jìn)行測(cè)量。另外，它使用電動(dòng)缸代替氣缸來驅(qū)動(dòng)銷孔。圖5圖5中顯示了拉桿支架檢測(cè)機(jī)構(gòu)的彈簧彈出器銷機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)包括一個(gè)可沿軸移動(dòng)的雙向花瓣錐銷。在花瓣?duì)钺數(shù)闹虚g開有一個(gè)凹槽，并將一個(gè)銷釘放置在該凹槽中。頂柱后面有一個(gè)彈簧，在彈力的作用下，雙向花銷始終保持向中心移動(dòng)的趨勢(shì)。該機(jī)構(gòu)的上下銷軸與兩個(gè)安裝孔的理想中心線重合，頂針在檢測(cè)之前處于中性位置。在檢測(cè)過程中，電動(dòng)缸首先將頂針機(jī)構(gòu)向上推動(dòng)，并刺入上部圓形孔中?；ò晷武N釘進(jìn)入錐形表面下的檢查孔，直到彈出銷釘安裝座上的小定位平面向橫桿支架打開。適合inside部。這時(shí)，在花瓣銷的牽引下，三層十字滑塊在X和Y方向上移動(dòng)，并將該移動(dòng)映射到測(cè)量塊。在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造工程（2015年第44卷）中，激光傳感器進(jìn)行了測(cè)量。此時(shí)，傳感器的讀數(shù)是上孔中心的位置坐標(biāo)。

接下來，電動(dòng)缸將推頂銷機(jī)構(gòu)向下推動(dòng)以穿透到下孔中，并且以相同原理測(cè)量下孔中心的位置坐標(biāo)。根據(jù)這些坐標(biāo)，可以通過計(jì)算獲得與橫桿支座有關(guān)的幾何參數(shù)。另外，通過讀取電動(dòng)缸穿過上孔時(shí)的行程和電動(dòng)缸穿過下孔時(shí)的行程，可以計(jì)算拉桿支架的跨度。 2.4定性測(cè)試機(jī)構(gòu)水平穩(wěn)定器安裝支架，減震器安裝支架和螺旋彈簧安裝孔的位置采用定性測(cè)試方法。測(cè)試機(jī)制如圖6所示。圖6定性測(cè)試機(jī)制這三個(gè)定性測(cè)試機(jī)制在形式上有很大不同，但是它們都使用了類似于限位規(guī)的測(cè)試原理，并且其機(jī)制基本相同，主要包括測(cè)試規(guī)（銷或孔），電動(dòng)缸，安裝支架和底座。電動(dòng)缸類似于線性馬達(dá)。在運(yùn)行期間，它在控制器的控制下線性移動(dòng)。圓柱體安裝在固定在底座上的支架上，滑塊上裝有用于檢測(cè)的銷子或孔。準(zhǔn)確地確保檢測(cè)儀的空間位置。用戶不僅可以通過該軟件設(shè)置電動(dòng)缸工作時(shí)的扭矩（或推力），還可以精確地控制和讀取其排量。在定性測(cè)試中，應(yīng)將電動(dòng)缸的推力設(shè)置為較小的值，并且只要滑動(dòng)臺(tái)遇到小的阻力，滑動(dòng)臺(tái)就可以立即停止。此時(shí)，您可以讀取電動(dòng)缸的排量，以判斷幾何參數(shù)的偏差是否在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。放置并夾緊工件后，電動(dòng)缸將移動(dòng)以驅(qū)動(dòng)檢查規(guī)穿透要檢查的孔或軸。如果檢查的孔或軸在設(shè)計(jì)公差范圍內(nèi)（通過量規(guī)，停止量規(guī)），則電動(dòng)缸的沖程將大于指定值；如果檢測(cè)到的工件的孔或軸超出公差，則電動(dòng)缸的沖程小于指定值。

2.5激光位移傳感器的測(cè)量和承載機(jī)構(gòu)在長短縱向桿和橫桿支架的定量檢測(cè)中，將關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)位置映射到測(cè)量塊，并使用激光位移傳感器進(jìn)行測(cè)量5測(cè)量塊在X，Y和Z方向上的位移。如果不考慮成本，則每個(gè)測(cè)量位置可以安裝3個(gè)激光位移傳感器，總共需要15個(gè)?？紤]到激光位移傳感器的高昂價(jià)格，設(shè)計(jì)了如圖7所示的激光傳感器測(cè)量和承載機(jī)構(gòu)。根據(jù)圖1所示的工件方向，在前面有3個(gè)測(cè)量塊，對(duì)應(yīng)于檢測(cè)短的縱向和橫桿托架，在后面有2個(gè)測(cè)量塊，對(duì)應(yīng)于檢測(cè)垂直的托架，如圖7所示。這6個(gè)激光傳感器被分為兩組，并以對(duì)稱結(jié)構(gòu)安裝在傳感器基座上，以分別檢測(cè)前后測(cè)量塊的位移。傳感器底座安裝在電動(dòng)缸的滑臺(tái)上，可以在X方向上精確移動(dòng)和定位。在檢測(cè)期間，測(cè)量和承載機(jī)構(gòu)將運(yùn)行到測(cè)量塊附近，以在控制系統(tǒng)的控制下讀取測(cè)量塊的位移。其中，可以直接獲得在Y和Z方向上的位移，并且在X方向上，為確保測(cè)量載體在X方向上的操作和檢測(cè)，可以將在該方向上的測(cè)量塊切成斜面。測(cè)量時(shí)，首先測(cè)量垂直斜率方向的位移，然后間接計(jì)算X方向測(cè)量塊的位移。圖7激光傳感器的測(cè)量和承載機(jī)構(gòu)3控制系統(tǒng)簡介后橋殼焊接組件自動(dòng)檢具是典型的機(jī)電設(shè)備。對(duì)于任何機(jī)電系統(tǒng)，機(jī)械部分和電氣控制部分都是不可分割的。機(jī)械零件只有在控制系統(tǒng)的控制下，通過機(jī)電，液壓和氣體傳輸裝置才能完成所需的工作，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的檢測(cè)功能。

因此，穩(wěn)定可靠的控制系統(tǒng)對(duì)于機(jī)電設(shè)備至關(guān)重要自動(dòng)檢具，并且至關(guān)重要?；谖鏖T子s7200 PLC，Wincc組態(tài)軟件和現(xiàn)場總線技術(shù)，設(shè)計(jì)并完成了自動(dòng)檢具的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)缸和氣缸的控制，然后驅(qū)動(dòng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作以完成檢測(cè)。任務(wù)。由于空間原因，將不詳細(xì)介紹控制系統(tǒng)的組成和工作原理。 ·33·2015年9月機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程2015年9月第44卷，第9期機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程第一卷。 44 No. 94的應(yīng)用和結(jié)論如圖8所示。作者設(shè)計(jì)的后橋殼焊接組件自動(dòng)檢具已經(jīng)過設(shè)計(jì)和制造，已成功應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場。實(shí)際結(jié)果表明，后橋殼體自動(dòng)檢具實(shí)現(xiàn)了后橋殼體幾何參數(shù)的全自動(dòng)檢測(cè)，并實(shí)現(xiàn)了0.1 mm的重復(fù)精度，從而確保了后橋焊接組件的質(zhì)量。同時(shí)，可以確保圖8 自動(dòng)檢具的每個(gè)零件的現(xiàn)場檢查周期為80s，滿足后橋殼焊接總成的100％檢查要求，滿足生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。企業(yè)，降低生產(chǎn)成本。另外，設(shè)計(jì)的自動(dòng)檢具具有自動(dòng)歸檔測(cè)試結(jié)果和其他數(shù)據(jù)的功能，以及友好的人機(jī)交互環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了操作員對(duì)自動(dòng)檢具的“透明”操作和對(duì)測(cè)試結(jié)果的“直觀”理解。

作者的研究為汽車關(guān)鍵零部件的幾何參數(shù)的自動(dòng)，高效，高精度檢測(cè)提供了參考，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)：[1]高靜。中國汽車制造業(yè)集聚研究[D]。長春：吉林大學(xué)，2014。[2]王穗。零件尺寸累積誤差對(duì)汽車后橋差速器傳動(dòng)特性的影響分析[J]。機(jī)械，2000（增刊１）：49-50。[3]彭斌，周萍香，趙霞。汽車車架的焊接變形及控制方法[J]。熱處理技術(shù)，2011（７）：164 -170。 [4]張永紅，陳建偉，韓福生。汽車車架焊接過程中焊接變形的控制方法[J]。汽車工程師，2012（５）：54-56。[5]王錫亮，廖慧江。后軸汽車焊接生產(chǎn)工藝研究[J]焊接，2006（６）:. 63 -65。后焊接橋總成自動(dòng)檢查治具的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)陳曉敏（太原工學(xué)院機(jī)械工程系，山西太原030008，中國）摘要：為了滿足裝配中汽車后焊接橋總成等關(guān)鍵零件的互換性，有必要對(duì)它們的幾何參數(shù)進(jìn)行100％測(cè)量。基于某些后焊接橋總成的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)檢查夾具以測(cè)量其幾何形狀嚴(yán)格的參數(shù)與定性和定量方法相結(jié)合，介紹了機(jī)械結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理。實(shí)踐應(yīng)用表明，該裝置可實(shí)現(xiàn)0.1mm的重復(fù)精度，約80秒的測(cè)量時(shí)間和100％的測(cè)量值。這滿足了確保準(zhǔn)確性和產(chǎn)量的主題。關(guān)鍵字：讀取軸組件；自動(dòng)checkfix；機(jī)制設(shè)計(jì)。 4 3·2015卷44機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程