摘要：以摩托车发动机缸盖气门组件的装配为研究对象，分析了用于回转式机器人柔性装配工作站的装配工艺规划，并对其中关键的气门锁片装配及装配质量检测进行了研究。
关键词：装配；机器人；自动化
1引言
随着市场竞争日益激烈，产品更新换代速度加快，要求企业具有较大的灵敏性和适应性，缩短产品开发周期、提高产品质量、降低生产成本已成为企业生存和发展的关键。装配作业是制造过程中形成产品的后置工序，装配质量对产品性能有直接的影响。统计结果表明，现代机电产品的装配工作量占整个产品工作量的30%～70%，所需人力约占熟练劳动力的40%，装配成本约占产品成本的25%～70%，装配时间约占产品总生产时间的20%～50%，而在实际生产中，装配作业的自动化程度却远低于其它作业的自动化水平，成为提高生产率的主要制约因素。对此，国外制造业中普遍采用了机器人技术。利用机器人的识别、定位、检测、补偿、避碰等功能和它的柔顺装配技术，可以大幅度提高生产柔性和生产率，缩短生产周期，保证产品质量，降低成本。
机器人自动装配技术近年来已在各个领域得到广泛应用。在摩托车工业中，发动机缸盖气门组件的装配因其结构复杂，零件小而多，要求高，人工装配劳动强度大，装配质量不宜保证。采用机器人自动装配对于保证气门组件的装配质量和生产率的提高有较大意义。
2缸盖气门组件的装配工艺
2.1装配工艺流程
摩托车发动机缸盖气门组件如图1所示，进排气门结构形状相同，运动形式一样，不同的是进气门头部尺寸较大。在安装气门时，气门杆斜着穿过气道，穿上弹簧等附件，然后装上气门锁片。锁片呈两个半圆锥形状，利用弹簧上座圈的锥面把锁片挤死。气门弹簧布置在弹簧上下座圈之间，一般采用两个外径不同的弹簧，且旋向相反(便于气门自由转动)。气门座圈与气门头锥面配合，起密封和散热的作用。
图1气门组件结构图
其中，由于气门锁片体积小、形状不规则，难于定向和夹持，故采用人工方式将气门锁片与弹簧上座预先装在一起；另外，气门导管为固定件。
2.2回转式机器人柔性装配工作站
为适应自动化及产品多样化的要求，采用回转式机器人柔性装配工作站进行装配，如图2所示。回转式机器人柔性装配工作站主要由旋转工作台、机器人、装配及检测转机、供料装置组成，用一个三菱FX2-128MR可编程控制器(PLC)进行协调控制［1］。装配工作台分六个工位，用来完成气门组件的装配工作(两气门已在前道工序装好)，其装配工序是：
图2机器人柔性装配工作站
1.直角坐标机器人 2.缸盖供料线 3.弹簧下座装配专机 4.弹簧下座供料器 5.弹簧装配专机 6.弹簧供料器 7.SCARA机器人 8.弹簧上座供料装量 9.检测专机 10.成品出料线
3夹具及夹持器设计
3.1随行夹具及翻转机构设计
进、排气门之间成一定角度倾斜布置，可增加发动机进气量、提高排气效率，但由于SCARA机器人只适于垂直方向装配，故需要转动装置在装配过程中使两气门交替置于垂直位。另外，还需要夹具能自动夹紧且保证自锁，在工作台转动过程中不致松开。此装置用于气门附件、锁片装配的夹紧及翻转，1＃～6＃工位使用。装配图如图3所示。
图3摩托车发动机随行夹具装配简图
1.工件 2.定位板 3.底板 4.齿轮齿条机构 5.随行夹具
3.2夹持器设计
锁片的装配因其体积小、装配空间小、装配力大，是较困难的一个环节，因此，下面将主要针对锁片装配所需夹持器做一介绍。在气门组件的装配中，锁片的装配一般采用压力机将内外弹簧压下，然后用人工装配，效率低，装配质量难于保证。考虑到以上因素，用一般的夹紧型夹持器已很难满足要求，故考虑用磁吸式夹持器。其装配图如图4。
图4夹持器简图
1.磁铁 2.伸缩杆 3.弹簧 4.钢筒 5.调整螺钉 6.上盖 7.连接螺钉
4装配在线检测
锁片装配质量是保证整个气门组件装配质量的重要环节，因此，本装配系统的在线检测项目为利用光纤传感器检查气门锁片是否到位。根据分析和实验，锁片位置可能出现以下几种情况，如图5所示。
图5锁片装配状态图
a.正确位置 b.锁片丢失 c.右锁片卡死 d.左锁片卡死 e.左锁片弹出 f.右锁片弹出
5结束语
本项课题已通过“863”计划自动化领域512主题专家验收。用工作台、装配机器人和PLC等部件构成的装配系统，结构简单，参数调节方便，抗干扰性强，工作可靠，为机器人柔性装配系统的检测、控制、调试、修改提供了很大方便。其六工位回转式机器人柔性装配工作站亦适合于一定范围内的不同产品、不同工艺要求、不同批量自动装配的需要，有较好的应用价值。
作者：王卫民
