基于钢球弹簧的衔料压头及衔料方法

摘要

本发明涉及基于钢球弹簧的衔料压头，包含衔料固定器、导向取料器；衔料固定器包含设备连接模块和导向取料器连接模块；导向取料器连接模块下端内壁设有钢球限位R角；座圈限位钢球的半径与钢球限位R角的弧度相配合，并在导向取料轴身与导向取料器连接孔可拆卸连接后，沿轴向中心向外偏移轴向偏移量，沿径向中心向内偏移径向偏移量。本发明还涉及衔料方法：压装导向基准轴插入待压装座圈的料道的内孔；待压装座圈挤压座圈限位钢球实现衔料；走位至压装位置坐标；挤压至零件的座圈孔内；本发明具有通用性，提高了生产效率；衔料过程平稳旋接贴合度高，避免卡料、掉料；避免大幅度弯腰动作，杜绝手部伤害。

说明书

技术领域

本发明涉及座圈压装领域，具体地涉及基于钢球弹簧的衔料压头及衔料方法。

背景技术

压装设备是汽车生产中的一种常用设备，其作用是将工件压装到对应的位置；压装的过程必然有衔料这一工序。

对于压装衔料这一工序，现有技术的座圈压头一般有两种结构：磁铁压头结构和杠杆压头结构；具体来说：

如图1所示，磁铁压头结构采用磁铁吸附的方式对座圈进行衔料，依靠座圈与缸盖紧配合脱离。

磁铁压头结构的缺陷在于：由于磁力吸附效果不可靠，导致磁铁吸附缸盖加工的粉末造成旋料压头座圈未吸附到位，形成压装质量隐患。

这一问题在很多汽车企业产业升级后，新增采用了一种规格座圈后更加严重；这是由于新型座圈为粉末冶金材质，原压头无法满足新增了一套压头，存在压头换型浪费，生产效率低；由此又进一步导致了在压装过程中会产生座圈压装断裂，不合格品流出的质量风险；换型过程人员存在磕碰划伤等安全风险。

如图2所示，机械杠杆夹头则是采用弹簧涨力进行衔料；

机械杠杆夹的缺陷在于：由于压头压装面承载2吨压装力，导致机械杠杆结合面发卡，形成压装压头旋接不到定位设备隐患。

此外，申请人在使用现有技术的压头进行衔料时，还出现了以下问题：

1.申请人的L缸盖线OP100A座圈压装工位，压装缸盖进排气座圈，由于设备压装发方式采用油缸执行原件进行压装到位，同时又因为座圈压装需旋料座圈后进行压装，在旋料过程导致设备异常故障，产生异常生产成本增加；这些异常故障包含但不限于：OEE、设备开动率不达标，缸盖零件废品增加等问题；

2.由于上述故障，使得座圈压装的品控工作需要临时措施采用人工增加检查频次、来提升质量的ppk数据维持生产，进一步增加了人工成本；

3.设备座圈压装过程异常脱落造成座圈压装断裂问题；这一问题直至本发明应用前就一直存在且困扰产线多年。

发明内容

本发明针对上述问题，提供基于钢球弹簧的衔料压头及衔料方法，其目的在于具有通用性，提高了生产效率；衔料过程平稳旋接贴合度高，避免卡料、掉料；避免大幅度弯腰动作，杜绝手部伤害。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种基于钢球弹簧的衔料压头，包含用于连接压装机的衔料固定器，和用于压装座圈的导向取料器；其中：

所述衔料固定器包含设备连接模块和导向取料器连接模块；其中：

所述设备连接模块为圆柱体，外形与压装机的设备安装孔的内部形状相匹配，包含导向连接轴、压头浮动限位卡槽和压头上部轴径；其中：

所述导向连接轴为圆柱体，上端与所述压头浮动限位卡槽的下端固定连接；所述压头浮动限位卡槽为圆柱体，上端与所述压头上部轴径的下端固定连接；所述压头浮动限位卡槽的外形与压装机的所述设备安装孔内的榫头的内部形状相匹配；所述压头上部轴径的为圆柱体；

所述导向取料器连接模块为上端封闭，且下端开放的中空圆柱形结构；所述导向取料器连接模块的外部上端为机床压装结合面；所述机床压装结合面与所述导向连接轴的下端固定连接；

所述导向取料器连接模块的内部空腔形成导向取料器连接孔；所述导向取料器连接模块的下端的外壁设有座圈压装基准面；所述座圈压装基准面的形状与待压装座圈的内部形状相配合；所述导向取料器连接模块的下端的内壁设有用于限制座圈限位钢球的位移的钢球限位R角；所述钢球限位R角为沿所述导向取料器连接模块的下端的内壁口部一圈的内凹圆弧圈形结构；

所述导向连接轴、所述压头浮动限位卡槽、所述压头上部轴径、所述导向取料器连接模块四者的对称轴共线；

所述导向取料器包含导向取料轴身、压装导向基准轴、所述座圈限位钢球、座圈限位压缩弹簧；其中：

所述导向取料轴身为圆柱体，且外形与所述导向取料器连接孔的内部形状相配合；

所述导向取料轴身在靠近下端处开设有多个钢球限位孔；所述钢球限位孔为非贯穿盲管，且经过所述导向取料轴身的半径；所述钢球限位孔的直径与所述座圈限位钢球的直径配合；所述座圈限位压缩弹簧的直径与所述钢球限位孔的直径配合，并插入到所述钢球限位孔的底部；

所述座圈限位钢球活动放置于所述钢球限位孔的口部，并与所述座圈限位压缩弹簧活动连接；

所述压装导向基准轴为圆柱体，上端与所述导向取料轴身的下端固定连接；所述压装导向基准轴、所述导向取料轴身的对称轴共线；

所述导向取料轴身沿对称轴插接在所述导向取料器连接孔中；所述导向取料轴身与所述导向取料器连接孔可拆卸连接；

所述座圈限位钢球的半径与所述钢球限位R角的弧度相配合，并在所述导向取料轴身与所述导向取料器连接孔可拆卸连接后，沿轴向中心向外偏移轴向偏移量，沿径向中心向内偏移径向偏移量。

优选地，所述轴向偏移量为0.15mm；所述径向偏移量为0.25mm。

优选地，所述导向取料轴身与所述导向取料器连接孔通过压头总成连接限位弹簧销实现可拆卸连接；具体来说：

所述导向取料器连接模块在上端到所述座圈压装基准面之间开设有两个弹簧销限位孔；两个所述弹簧销限位孔贯穿所述导向取料器连接模块的侧壁，且经过所述导向取料器连接模块的直径；

所述导向取料轴身在靠近上端处开设有弹簧销连接孔；所述弹簧销连接孔贯穿所述导向取料轴身，且经过所述导向取料轴身的直径；所述弹簧销连接孔的直径与所述压头总成连接限位弹簧销的外径配合；

所述导向取料轴身沿对称轴插入到所述导向取料器连接孔中后，由所述压头总成连接限位弹簧销依次穿过一侧的所述弹簧销限位孔、所述弹簧销连接孔、另一侧的所述弹簧销限位孔，实现可拆卸连接；

所述压头总成连接限位弹簧销与所述弹簧销限位孔、所述弹簧销连接孔之间都为过盈配合。

优选地，所述导向取料轴身上开设有4个所述钢球限位孔；4个所述钢球限位孔以所述导向取料轴身的对称轴为中心轴对称分布；每个所述钢球限位孔中各安装有1个所述座圈限位钢球和1个所述座圈限位压缩弹簧。

优选地，所述压装导向基准轴的下端设有引导连接轴面；所述引导连接轴面为锥形，顶端为平面。

优选地，所述导向取料轴身在与所述压装导向基准轴的固定连接处，设有座圈导向面；所述座圈导向面为沿所述导向取料轴身的下端边缘均匀分布的一圈斜面。

一种利用基于钢球弹簧的衔料压头的衔料方法，包含以下步骤：

S100.所述压装导向基准轴通过所述引导连接轴面竖直插入所述待压装座圈的料道的内孔进行定位；

S200.衔料压头继续下移直至所述待压装座圈的倒角与所述座圈导向面接触；

S300.所述待压装座圈的内圈挤压所述座圈限位钢球，所述座圈限位钢球进而挤压所述座圈限位压缩弹簧并缩入所述钢球限位孔中，并依靠所述座圈限位压缩弹簧提供的反作用力夹紧所述待压装座圈，实现衔料；

S400.在衔料压头实现衔料后，退出所述待压装座圈的料道的内孔脱离座圈料道区域，然后带着所述待压装座圈，通过伺服走位至压装位置坐标；

S500.衔料压头下压，将所述待压装座圈挤压至零件的座圈孔内；所述待压装座圈在与所述座圈孔紧配合的挤压力作用下脱离衔料压头，完成座圈压装工作；

S600.重复S100～S500，直至完成所有的座圈压装工作。

本发明与现有技术对比，具有以下优点：

1.由于本发明采用了“钢球+弹簧”衔料的模式，一举解决了现有技术无论是磁铁式还是杠杆式压头的痛点，使压头具有通用性，满足多种座圈压装使用的前提下，还无需换型，缩短了换型时间，提高了生产效率；

2.由于本发明采用了钢球限位R角这一结构，配合钢球的涨紧力，从而可以使座圈衔料过程平稳旋接贴合度高，从根本上避免了座圈衔料时卡料、掉料等质量问题，压装质量百分比合格，质量可靠；

3.由于本发明消除了压头更换频次，消除了维修人员多平次进入设备带来的滑倒、跌倒风险，从而有效避免维修工长时间频繁更换调整压头备件导致的大幅度弯腰动作，也无需处理故障隐患由于手部需进入狭小空间，并因此杜绝了由此导致的手部伤害，更加符合人机工程，避免了分解更换压头备件导致的手部伤害风险，更加安全。

附图说明

图1为现有技术的磁铁压头的外观照片；

图2为现有技术的杠杆压头的外观照片；

图3为本发明的外观照片；

图4为本发明具体实施例的压头总成的纵切剖面示意图；

图5为本发明具体实施例的衔料固定器的纵切剖面示意图；

图6为本发明具体实施例的导向取料器的纵切剖面示意图；

图7为本发明具体实施例的座圈限位钢球的示意图；

图8为本发明具体实施例的座圈限位压缩弹簧的示意图；

图9为图4圈A中部分的放大示意图；

图10为本发明具体实施例的压头总成连接限位弹簧销的纵切剖面示意图；

图11为本发明具体实施例的衔料方法的流程示意图。

其中：1.衔料固定器，2.导向取料器，3.待压装座圈，4.设备连接模块，5.导向取料器连接模块，6.导向连接轴，7.压头浮动限位卡槽，8.压头上部轴径，9.机床压装结合面，10.导向取料器连接孔，11.座圈压装基准面，12.座圈限位钢球，13.钢球限位R角，14.导向取料轴身，15.压装导向基准轴，16.座圈限位压缩弹簧，17.钢球限位孔，18.轴向偏移量，19.径向偏移量，20.压头总成连接限位弹簧销，21.弹簧销限位孔，22.弹簧销连接孔，23.引导连接轴面，24.座圈导向面。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图3和图4所示，一种基于钢球弹簧的衔料压头，包含用于连接压装机的衔料固定器1，和用于压装座圈的导向取料器2；其中：

如图5所示，衔料固定器1包含设备连接模块4和导向取料器连接模块5；其中：

设备连接模块4为圆柱体，外形与压装机的设备安装孔的内部形状相匹配，包含导向连接轴6、压头浮动限位卡槽7和压头上部轴径8；其中：

导向连接轴6为圆柱体，上端与压头浮动限位卡槽7的下端固定连接；压头浮动限位卡槽7为圆柱体，上端与压头上部轴径8的下端固定连接；压头浮动限位卡槽7的外形与压装机的设备安装孔内的榫头的内部形状相匹配；压头上部轴径8的为圆柱体；

导向取料器连接模块5为上端封闭，且下端开放的中空圆柱形结构；导向取料器连接模块5的外部上端为机床压装结合面9；机床压装结合面9与导向连接轴6的下端固定连接。

导向取料器连接模块5的内部空腔形成导向取料器连接孔10；导向取料器连接模块5的下端的外壁设有座圈压装基准面11；座圈压装基准面11的形状与待压装座圈3的内部形状相配合；导向取料器连接模块5的下端的内壁设有用于限制座圈限位钢球12的位移的钢球限位R角13；钢球限位R角13为沿导向取料器连接模块5的下端的内壁口部一圈的内凹圆弧圈形结构；

导向连接轴6、压头浮动限位卡槽7、压头上部轴径8、导向取料器连接模块5四者的对称轴共线。

如图6所示，导向取料器2包含导向取料轴身14、压装导向基准轴15、座圈限位钢球12、座圈限位压缩弹簧16；其中：

导向取料轴身14为圆柱体，且外形与导向取料器连接孔10的内部形状相配合；

如图7～图9所示，导向取料轴身14在靠近下端处开设有多个钢球限位孔17；钢球限位孔17为非贯穿盲管，且经过导向取料轴身14的半径；钢球限位孔17的直径与座圈限位钢球12的直径配合；座圈限位压缩弹簧16的直径与钢球限位孔17的直径配合，并插入到钢球限位孔17的底部。

座圈限位钢球12活动放置于钢球限位孔17的口部，并与座圈限位压缩弹簧16活动连接。

本具体实施例中，导向取料轴身14上开设有4个钢球限位孔17；4个钢球限位孔17以导向取料轴身14的对称轴为中心轴对称分布；每个钢球限位孔17中各安装有1个座圈限位钢球12和1个座圈限位压缩弹簧16。

压装导向基准轴15为圆柱体，上端与导向取料轴身14的下端固定连接；压装导向基准轴15、导向取料轴身14的对称轴共线。

本具体实施例中，压装导向基准轴15的下端设有引导连接轴面23；引导连接轴面23为锥形，顶端为平面。

导向取料轴身14沿对称轴插接在导向取料器连接孔10中；导向取料轴身14与导向取料器连接孔10可拆卸连接。

本具体实施例中，导向取料轴身14在与压装导向基准轴15的固定连接处，设有座圈导向面24；座圈导向面24为沿导向取料轴身14的下端边缘均匀分布的一圈斜面。

如图10所示，本具体实施例中，导向取料轴身14与导向取料器连接孔10通过压头总成连接限位弹簧销20实现可拆卸连接；具体来说：

导向取料器连接模块5在上端到座圈压装基准面11之间开设有两个弹簧销限位孔21；两个弹簧销限位孔21贯穿导向取料器连接模块5的侧壁，且经过导向取料器连接模块5的直径。

导向取料轴身14在靠近上端处开设有弹簧销连接孔22；弹簧销连接孔22贯穿导向取料轴身14，且经过导向取料轴身14的直径；弹簧销连接孔22的直径与压头总成连接限位弹簧销20的外径配合。

导向取料轴身14沿对称轴插入到导向取料器连接孔10中后，由压头总成连接限位弹簧销20依次穿过一侧的弹簧销限位孔21、弹簧销连接孔22、另一侧的弹簧销限位孔21，实现可拆卸连接。

压头总成连接限位弹簧销20与弹簧销限位孔21、弹簧销连接孔22之间都为过盈配合。

座圈限位钢球12的半径与钢球限位R角13的弧度相配合，并在导向取料轴身14与导向取料器连接孔10可拆卸连接后，沿轴向中心向外偏移轴向偏移量18，沿径向中心向内偏移径向偏移量19。

本具体实施例中，轴向偏移量18为0.15mm；径向偏移量19为0.25mm。

需要說明的是，轴向偏移量18和径向偏移量19的数值，是本发明的核心发明点之一，具体来说：这两个数值是经过大量实验验证的结果，只有采用这样的轴向偏移量18和径向偏移量19，才能保证衔料的平滑性、移料时的稳定性，以及压装释放后的顺利脱出。

如图11所示，一种利用基于钢球弹簧的衔料压头的衔料方法，包含以下步骤：

S100.压装导向基准轴15通过引导连接轴面23竖直插入待压装座圈3的料道的内孔进行定位。

S200.衔料压头继续下移直至待压装座圈3的倒角与座圈导向面24接触。

S300.待压装座圈3的内圈挤压座圈限位钢球12，座圈限位钢球12进而挤压座圈限位压缩弹簧16并缩入钢球限位孔17中，并依靠座圈限位压缩弹簧16提供的反作用力夹紧待压装座圈3，实现衔料。

需要说明的是，本发明在此处的原理在于：采用座圈限位压缩弹簧16及座圈限位钢球12，通过座圈限位压缩弹簧16压缩产生的反作用力，限制座圈限位钢球12的位置完成待压装座圈3的衔料工作，通过弹簧弹力将座圈限位钢球12于R角弹出，形成4个点位的衔料供力点，产生座圈预紧力进行衔料。

需要进一步说明的是，本具体实施例中采用了4个衔料供力点，在实际应用中则应根据具体工件需求、环境需求合理设置衔料供力点的数量；唯一需要保证满足的，依然是轴向偏移量18和径向偏移量19的数值，此处再次强调。

S400.在衔料压头实现衔料后，退出待压装座圈3的料道的内孔脱离座圈料道区域，然后带着待压装座圈3，通过伺服走位至压装位置坐标。

S500.衔料压头下压，将待压装座圈3挤压至零件的座圈孔内；待压装座圈3在与座圈孔紧配合的挤压力作用下脱离衔料压头，完成座圈压装工作。

S600.重复S100～S500，直至完成所有的座圈压装工作。

为了进一步验证本发明相较于现有技术所取得更好的技术效果，申请人在经过大量实验、测试、数据采集和统计的基础上，得到了以下验证结果：

需要事先说明的是，本实验的数据是基于一条产线；如一个企业有多条相同产线，则可以根据此数据进行叠加：

1.效率提升方面，采用本发明后，消除夹具报警异常停机修复时间100小时，按照改进后的检修分解压头座圈问题时间，每次(80分钟左右)方能更换或调整一次机床压头，按照机加每小时27元，产线进排气设备2台计算，效率提升带来的收益为：

100小时*27元*22人＝6万元

6万元×2台进排气设备＝12万元

即，本发明在效率上为产线带来的收益为12万元线。

2.每次故障修复节约可用生产时间80分钟以上，按照每加工一件零件计算时间为3分钟，通过maximo收集的故障报警次数约50次，则在故障修复方面的节约生产可加工缸盖数量为：

2台进排气设备*80分钟故障修复节约可用生产时间*3分钟加工一件缸盖＝年节约生产可加工缸盖2500台

当前单台缸盖利润按100元预计，则故障修复方面所创造的利润为：

单台缸盖利润预计100元*2500台＝25万元。

3.每次检修时间可节约维护人员成本为：

80分钟*100次*2台设备*80分钟约160小时*27元＝4万元

4.成本节约为：

改进后的压头备件费用成本节约费用：根据材料库房统计压头备件成本为每件约2000元左右，每台设备使用3件，两个工位共使用6件压头，年消耗18件左右，改进后压头损坏费用下降95％。年节约3万元左右。

5.质量提升带来的收益为：由于压头设计不满足座圈压装故障报警、加工的不良由每月10台，降低100％，消除加工质量隐患，实现零缺陷产品。缸盖一件费用1500元*年30台、返修利用与报废等换算成费用预计年节约5万左右。

6.其他附带收益为：安全、人机工程好；消除了机械结构的空间狭小，分解更换压头备件导致的手部伤害风险、处理故障隐患由于手部需进入狭小空间，从而导致的手部伤害；改进后消除压头更换频次，消除维修人员多平次进入设备带来的滑倒、跌倒风险；有效避免维修工长时间频繁更换调整压头备件导致的大幅度弯腰动作(不符合人机工程)。

综上所述，采用本发明后，一条产线累计年节约费用40万元左右。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或”是要表示“非排它性的或者”。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。