一种精密配合活塞类零件装配装置及装配方法

摘要

一种精密配合活塞类零件装配装置，其特征在于：包括底座、三自由度机械臂、液压升降机、支架、手动调节装置、力矩传感器、托盘、电动伺服机构、滑盘、支座；三自由度机械臂、液压升降机和支架均安装在底座上；手动调节装置安装在液压升降机上；托盘安装在手动调节装置上；力矩传感器安装在托盘的表面；电动伺服机构与支座连接，支座安装在支架上；滑盘置于支架上，滑盘与电动伺服机构连接；滑盘和支架均设有通孔，用于被装配部件的活塞穿过。一种精密配合活塞类零件装配方法实现了活塞类零件的装配，装配效率高，稳定性好，有利于提高密封机构的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及一种精密配合活塞类零件装配装置及装配方法，属于活塞类零件装配设备领域。

背景技术

航天配套产品在密集发射要求下的批量化、滚动生产对生产自动化提出了新的要求，航天产品关键单机精密零件尺寸、形位公差、表面质量要求高，表面划痕无法标记、无法量化，靠肉眼识别，极易发生漏检现象，进而导致装配后产品发生漏油、漏气现象，造成产品返工、返修。

在伺服机构装配作业中，活塞零件的装配(活塞类)是最典型的工作模式，约占整个装配过程的36％，活塞装配过程受零件的相对位置、几何形状、尺寸偏差和接触表面的摩擦状况等因素的制约。目前活塞类零件是通过人力方式装配的，对装入过程的同轴度控制全凭手感，靠人工敲打或礅入相配合筒件，装配也主要是装配工人仅凭经验人工入口找正、人工礅入，装配方式暴力粗糙，装配时偏心力不受控、轴向力波动大小不连续。随着密封技术的不断提高，伺服机构内部各活塞工作阻力越来越大，相应密封件由原来简单的单体密封件，发展到先进的复合密封件，手工装配极易损伤配合表面及密封件，对密封机构的寿命造成潜在隐患，影响产品可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服活塞类零件现有手动装配技术的不足，提供了一种精密配合活塞类零件装配装置及装配方法，通过导向销和定位销实现被装配部件的粗定位，采用力矩传感器与电动伺服机构完成被装配部件的精确定位，提高了装配稳定性，避免了手工装配可能出现的损伤，提高了密封机构的使用寿命。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种精密配合活塞类零件装配装置，包括底座、三自由度机械臂、液压升降机、支架、手动调节装置、力矩传感器、托盘、电动伺服机构、滑盘、支座；三自由度机械臂、液压升降机和支架均安装在底座上；手动调节装置安装在液压升降机上；托盘安装在手动调节装置上；力矩传感器安装在托盘的表面；电动伺服机构与支座连接，支座安装在支架上；滑盘置于支架上，滑盘与电动伺服机构连接；滑盘和支架均设有通孔，用于被装配部件的活塞穿过。

上述精密配合活塞类零件装配装置，三自由度机械臂包括涡轮蜗杆升降机、回转装置、伸缩臂、卡具；涡轮蜗杆升降机安装在底座上；回转装置安装在涡轮蜗杆升降机上，伸缩臂安装在回转装置上，卡具安装在伸缩臂上。

上述精密配合活塞类零件装配装置，所述手动调节装置包括第一导轨、第一滑条、第二导轨、第二滑条、第一锁紧装置和第二锁紧装置；第一滑条在第一导轨内滑动；第一锁紧装置安装在第一导轨上，用于锁紧第一滑条；第二导轨安装在第一滑条上，第二滑条在第二导轨内滑动；第二锁紧装置安装在第二导轨上，用于锁紧第二滑条；托盘安装在第二滑条上。

上述精密配合活塞类零件装配装置，所述托盘包括托盘本体和导向销，托盘本体安装在手动调节装置上，导向销安装在托盘本体上。

上述精密配合活塞类零件装配装置，包括两套在水平面内呈90°角布置的电动伺服机构，两套电动伺服机构用于带动滑盘在水平面内的两个相互垂直的方向上运动。

上述精密配合活塞类零件装配装置，还包括销钉；每套电动伺服机构均包括伺服电机、滚珠丝杠、联轴器、耳环、关节轴承；伺服电机与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠与联轴器连接，联轴器与滑盘连接；伺服电机与耳环连接，耳环与关节轴承连接，关节轴承通过销钉与支座连接。

上述精密配合活塞类零件装配装置，所述滑盘包括滑盘本体、压紧装置、定位销和滚珠，所述电动伺服机构还包括联轴器，滑盘本体通过联轴器与电动伺服机构连接，滑盘本体通过滚珠置于支架上板上，压紧装置和定位销均安装在滑盘本体上。

上述精密配合活塞类零件装配装置，还包括销钉，所述支座包括支座本体、支杆和支耳，支座本体与支架连接，支杆安装在支座本体上，支耳安装在支杆上，支耳与通过销钉与电动伺服机构连接。

上述精密配合活塞类零件装配装置，还包括销钉，销钉用于电动伺服机构与支座的连接。

上述精密配合活塞类零件装配装置，包括四个力矩传感器，四个力矩传感器两两对称分布在托盘的边缘，精密配合活塞类零件装配过程中，四个力矩传感器与被装配部件的活塞接触，用于测量活塞对托盘的压力值。

上述精密配合活塞类零件装配装置，所述电动伺服机构能够实现位置锁定。

上述精密配合活塞类零件装配装置，所述滑盘远离电动伺服机构的表面、卡具的夹持端、托盘远离手动调节装置的表面均为合成树脂材料。

一种精密配合活塞类零件装配方法，包括如下步骤：

步骤一、三自由度机械臂抓取被装配部件的活塞，通过导向销导向后放置在托盘本体上；三自由度机械臂抓取被装配部件的筒，通过定位销定位，利用压紧装置固定在滑盘本体上；

步骤二、调节手动调节装置，手动调节装置带动托盘移动，将步骤一中固定在托盘上的活塞与滑盘本体上的筒对中，锁定手动调节装置；

步骤三、操作液压升降机上升，液压升降机带动步骤二中托盘和托盘上的活塞上升，活塞通过支架和滑盘上的通孔后，活塞的密封圈与步骤一中所述筒的内孔接触；

步骤四、通过电动伺服机构使步骤三中活塞与筒的位置完全对中，托盘表面的四个力矩传感器测量的压力值相等，装配工作完成。

上述精密配合活塞类零件装配方法，所述步骤四中当活塞与筒的位置不完全对中时，托盘表面的四个力矩传感器测量的压力值不相等，通过电动伺服机构运动，使四个传感器输出的压力值一致，继续装配，直至装配工作完成。

上述精密配合活塞类零件装配方法，装配完成后，三自由度机械臂将完成装配的活塞与筒移动到设定位置，操作液压升降机下降到起始位置，开始下一个产品的装配工作。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)本发明装置能够实现一类活塞类零件辅助装配，降低了人力装配的不确定性，提高装配稳定性，避免了手工装配可能出现的损伤，提高了密封机构的使用寿命；

(2)本发明装置包含两个呈90°角布置的电动伺服机构，同时在托盘上安装有力矩传感器，装配偏心导致装配力增大时，启动电动伺服机构推动滑盘运动，保证装配精度和装配组件受力均匀；

(3)本发明装置的手动调节装置可以实现托盘两个方向的自由滑动调节，能够完成粗对中；电动伺服机构在水平面内两个方向上实现驱动，负责完成精确对中；二者相互配合，降低了设备自身的复杂度，提升了对中的效率；

(4)本发明装配方法操作步骤简单，自动化装配程度高，且在完成首次装配后，托盘和滑盘的位置经过了一次对中，再次进行装配使用时，对中效率会进一步提高，有利于批量装配、生产。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明装置的三自由度机械臂示意图；

图3为本发明装置的手动调节装置示意图；

图4为本发明装置的托盘示意图；

图5为本发明装置的电动伺服机构示意图；

图6为本发明装置的滑盘示意图；

图7为本发明装置支座示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

图1为本发明装置的结构示意图，包括底座1、三自由度机械臂2、液压升降机3、支架4、手动调节装置5、四个力矩传感器6、托盘7、两套电动伺服机构8、滑盘9、支座10、销钉11。三自由度机械臂2、液压升降机3和支架4均安装在底座1上；手动调节装置5安装在液压升降机3上；托盘7安装在手动调节装置5上；力矩传感器6安装在托盘7的表面；电动伺服机构8与支座10连接，支座10安装在支架4上；滑盘9置于支架4上，滑盘9与电动伺服机构8连接；滑盘9和支架4均设有通孔，用于被装配部件的活塞穿过；销钉11用于电动伺服机构8与支座10的连接。

三自由度机械臂2如图2所示，包括涡轮蜗杆升降机201、回转装置202、伸缩臂203、卡具204；涡轮蜗杆升降机201安装在底座1上，用于调整三自由度机械臂的高度；回转装置202安装在涡轮蜗杆升降机201上，用于调整三自由度机械臂的角度；伸缩臂203安装在回转装置202上，用于调整三自由度机械臂的长度；卡具204安装在伸缩臂203上，用于夹持被装配部件。

手动调节装置5如图3所示，包括第一导轨501、第一滑条502、第二导轨503、第二滑条504、第一锁紧装置505和第二锁紧装置506；第一滑条502在第一导轨501内滑动，用于调整第一滑条502在第一导轨501内的位置；第一锁紧装置505安装在第一导轨501上，用于锁紧第一滑条502；第二导轨503安装在第一滑条上502，第一滑条上502能够带动第二导轨503移动，第二滑条504在第二导轨503内滑动，用于调整第二滑条504在第二导轨503内的位置；第二锁紧装置506安装在第二导轨503上，用于锁紧第二滑条504；托盘7的托盘本体701安装在第二滑条504上。

第一导轨501、第一滑条502、第二导轨503、第二滑条504、第一锁紧装置505和第二锁紧装置506的配合使用，能够在水平面内两个方向上灵活的调整第二滑条504的位置，同时带动托盘7的托盘本体701调整位置。

四个力矩传感器6两两对称分布在托盘7的边缘，精密配合活塞类零件装配过程中，四个力矩传感器6与被装配部件的活塞接触，用于测量活塞对托盘7的压力值，四个压力不一致时，信号比较运算后输出给电动伺服机构8，驱动电动伺服机构8工作；电动伺服机构8工作调整被装配部件筒的位置，使被装配部件的或活塞与筒的位置对中，即四个力矩传感器6测量的压力值相等。

托盘7如图4所示，包括托盘本体701和导向销702，托盘本体701安装在手动调节装置5的第二滑条504上，导向销702安装在托盘本体701上。

电动伺服机构8如图5所示，两套电动伺服机构8在水平面内呈90°角布置，电动伺服机构8能够实现位置锁定，每套电动伺服机构8均包括伺服电机801、滚珠丝杠802、联轴器803、耳环804、关节轴承805；伺服电机801与滚珠丝杠802连接，滚珠丝杠802与联轴器803连接，联轴器803与滑盘9的滑盘本体901连接；伺服电机801与耳环804连接，耳环804与关节轴承805连接，关节轴承805通过销钉11与支座10的支耳1003连接。两套电动伺服机构能够灵活实现水平面内两个方向上调整滑盘9的位置。

电动伺服机构8的驱动信号来自于安装在托盘7上的四个力矩传感器6的比较信号，托盘7承受的装配力不均匀时，传感器6有不同的输出值，信号比较运算后，驱动电动伺服机构8运动，然后继续测量四个力矩传感器6的压力值，如此循环，使四个传感器6输出值趋向于一致。

滑盘9如图6所示，包括滑盘本体901、压紧装置902、定位销903和滚珠904，滑盘本体901通过联轴器803与电动伺服机构8连接，电动伺服机构8能够带动滑盘本体901运动，滑盘本体901通过滚珠904置于支架4上，滚珠904便于滑盘本体901的滑动，压紧装置902和定位销903均安装在滑盘本体901上，压紧装置902用于被装配部件的压紧，定位销903用于被装配部件的定位。

支座10如图7所示，包括支座本体1001、支杆1002和支耳1003，支座本体1001与支架4连接，支杆1002安装在支座本体1001上，支耳1003安装在支杆1002上，支耳1003与通过销钉11与电动伺服机构8的关节轴承805连接，支座10和销钉11将电动伺服机构8固定在支架4上。

滑盘9远离电动伺服机构8的表面、卡具204的夹持端、托盘7远离手动调节装置5的表面均采用合成树脂材料。

本实施例中，被装配部件包括活塞和筒，精密配合活塞类零件装配装置的装配方法包括如下步骤：

步骤一、三自由度机械臂2首先利用卡具204抓取被装配部件的活塞，调整涡轮蜗杆升降机201、回转装置202、伸缩臂203，利用导向销702导向后将活塞放置在托盘本体701上；然后三自由度机械臂2再利用卡具204抓取被装配部件的筒，调整涡轮蜗杆升降机201、回转装置202、伸缩臂203，利用定位销903定位和压紧装置902压紧，将筒固定在滑盘本体901上；

步骤二、调节手动调节装置5的第一滑条502和第二滑条504，手动调节装置5带动托盘7移动，将步骤一中托盘7上的活塞与滑盘本体901上的筒对中，锁定手动调节装置5的第一锁紧装置505和第二锁紧装置506；

步骤三、操作液压升降机3上升，液压升降机3带动步骤二中托盘7和托盘7上的活塞上升，活塞通过支架4和滑盘9上的通孔后，活塞的密封圈与步骤一中所述筒的内孔接触；

步骤四、当步骤三中活塞与筒的位置不完全对中时，活塞的密封圈与筒的内孔之间的周向摩擦力不同，托盘7表面的四个力矩传感器6测量的压力值不相等，对传感器输出值进行比较，信号比较运算后输出给电动伺服机构，通过电动伺服机构8运动，使四个传感器6输出的压力值一致；当轴向压力一致时，液压升降机3继续上升，直至活塞完全装入筒中，装配工作完成；

步骤五、装配完成后，三自由度机械臂2将完成装配的活塞与筒移动到设定位置，操作液压升降机3下降到起始位置，开始下一个产品的装配工作。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。