专利名称：平衡轴斜齿轮自动热压装配装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及变速箱平衡轴的重心找正和平衡轴与斜齿轮的热压装配领域，特别涉 及一种汽车变速箱平衡轴与斜齿轮的装配装置。
背景技术：
汽车变速箱的平衡轴起平衡和降低噪音作用。平衡轴根据变速箱运动部件的整体 不平衡量设计成不平衡的曲轴结构，从而平衡变速箱运动部件的整体不平衡量。平衡轴与 斜齿轮的装配精度直接影响平衡轴的平衡效果。要求平衡轴的不平衡重心位置与斜齿轮的 螺旋角的起点位置达到工程设计的要求精度。平衡轴的重心位置通过动平衡原理找正并标 记，平衡轴重心找正后，通过高频加热与斜齿轮装配。整个过程必须自动完成，其中，平衡轴 和斜齿轮的定位与传输必须达到足够的精度。目前，国内平衡轴和斜齿轮的装配首先在动 平衡机上进行重心找正并标记，然后通过简单工装采用手工热压装配，效率低，装配精度不 高，废品率高。现有技术没有涉及平衡轴斜齿轮自动热压装置。发明内容
本发明的目的在于提出一种平衡轴斜齿轮自动热压装置，具有自动平衡找正、钻 孔标识、自动热压功能，可以解决汽车变速箱生产中平衡轴和斜齿轮自动热压装配，并保证 平衡轴和斜齿轮装配的精度。
为实现本发明的目的所采用的具体技术方案如下
本装置由基座、动平衡机、齿轮热压机、机械手、上下料站、液压站、外壳及控制部 分组成。
所述动平衡机、齿轮热压机、机械手、上下料站按一定间距平行固定在基座上，机 械手实现平衡轴在动平衡机、齿轮热压机、上下料站之间的传输和斜齿轮在齿轮热压机、上 下料站之间的传输。
本装置完成对汽车平衡轴的动平衡测量、找正及最大动不平衡位置的标识和对齿 轮的热压装配两道工序。在动平衡机中可以完成汽车变速箱平衡轴动平衡量的测量、最大 动不平衡量的位置找正；并通过钻孔加工标识出最大动不平衡量位置；再次启动动平衡机 可以找正汽车变速箱平衡轴需要放置的装配方位。而在齿轮热压机上可以实现对斜齿轮的 夹紧定位、加热以及完成斜齿轮在汽车平衡轴中热套装配。
动平衡机采用气动方式实现对平衡轴的夹持。齿轮热压机采用高频加热方式对斜 齿轮进行加热，采用气动方式对平衡轴加压，斜齿轮设计有夹具，保证斜齿轮螺旋角的位置 精度。液压站提供冷却循环水对高频加热头进行冷却。热压完成后，一定压力的冷却空气 使工件迅速冷却。
机械手上有两个可以独立运行的机械手，分别执行平衡轴和斜齿轮的运输。这样， 设备中的机械手可以独立地完成对汽车变速箱平衡轴和齿轮的夹取运送，并可将夹取的相 应工件准确地送往合适的加工位置上，进行加工，这样可以节省时间，操作安全，提高工作效率。
在两台加工设备工作的过程中，对工件的许多加工操作可以同步进行(比如动平 衡机在对汽车变速箱平衡轴进行动平衡测量、钻孔标识最大动不平衡位置的同时；在齿轮 热压机上可以同步地进行对齿轮的加热和齿轮在轴中的热套装配等工作)。机械手运输过 程中，各工位均设计有限位块和减振缓冲器，保证运行平稳准确。机械手夹持夹具设计有限 位机构，保证夹持位置精度。机械手运行过程中，设计有抱死安全装置。
有益效果本平衡轴斜齿轮热压装置用于汽车变速箱平衡轴动平衡位置找正、钻 孔标识、并完成齿轮在汽车平衡轴中热套装配等加工。本装置整个设备具有足够的静态、动 态、热稳态刚度和精度。采用先进的技术，保证整个系统具有良好的动态性能，所选择的检 测测量和显示系统的执行元件精度高、可靠性好、抗干扰能力强、响应速度快、连续加工工 作性能稳定。本套设备质量可靠性高，能稳定连续的工作，且使用寿命较长。设备操作维护 方便、造型美观、安全性能良好，不会污染环境及危害人身体健康。
图1为平衡轴斜齿轮热压装置外观结构图2为平衡轴斜齿轮热压装置隐去外壳和控制箱部分后组成结构图(轴视图)；
图3为平衡轴斜齿轮热压装置隐去外壳和控制箱部分后组成结构图(俯视图)；
图4为平衡轴斜齿轮热压装置隐去外壳、控制箱部分及机械手后组成结构图(轴 视图)；
图5为平衡轴斜齿轮热压装置隐去外壳、控制箱部分及机械手后组成结构图(俯 视图)；
图6为平衡轴斜齿轮热压装置平衡机组成结构轴视图7为平衡轴斜齿轮热压装置齿轮热压机组成结构轴视图8为平衡轴斜齿轮热压装置上下料站组成结构轴视图9为平衡轴斜齿轮热压装置机械手组成结构轴视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本平衡轴斜齿轮热压装置作进一步说明。
如图1-9所示，本装置由基座1、动平衡机2、齿轮热压机3、机械手4、上下料站5、 液压站6、外壳7及控制部分8组成。
本发明装置完成对汽车变速箱平衡轴的动平衡测量、找正及最大动不平衡位置的 标识和对齿轮的热压装配两道工序。在动平衡机2中可以完成汽车变速箱平衡轴动平衡量 的测量、最大动不平衡量的位置找正；并通过钻孔加工标识出最大动不平衡量位置；再次 启动动平衡机2可以找正汽车变速箱平衡轴需要放置的装配方位。而在齿轮热压机3上可 以实现对斜齿轮的夹紧定位、加热以及完成斜齿轮在汽车平衡轴中热套装配。液压站6提 供冷却循环水对高频加热头进行冷却。热压完成后，一定压力的冷却空气使工件迅速冷却。
所述动平衡机2、齿轮热压机3、机械手4、上下料站5按一定间距平行固定在基座 1上，机械手4实现平衡轴在动平衡机2、齿轮热压机3、上下料站5之间的传输和斜齿轮在 齿轮热压机3、上下料站5之间的传输。
装置的全部动作由控制部分8实现自动控制。
动平衡机2 (见图6)由标识钻孔机21、气动夹具22和动平衡测试装置23组成。 动平衡机2采用气动夹具22实现对平衡轴的夹持。平衡测试装置23由伺服电机四和一 组高精密轴承驱动汽车变速箱平衡轴转动，通过四个加速度传感器M、25J6、27和一个光 电编码器观对平衡轴进行动平衡测量与找正。标识钻孔机21通过钻孔加工标识出最大动 不平衡量位置，采用伺服控制和机械限位控制钻孔深度。钻孔钻屑通过吸尘器接口 210由 吸尘器吸走。
齿轮热压机3 (见图7)由支座31、压装气缸32、压块33、夹持气缸34、斜齿轮夹具 35、辅助压平气缸36、压块37、高频加热器38组成。平衡轴由机械手4抓持，压块33固定 在支座上的导轨39的滑台上，压装气缸32推动压块33将平衡轴压装到斜齿轮的内孔中； 斜齿轮设计有斜齿轮夹具35，保证斜齿轮螺旋角的位置精度；斜齿轮夹具35由夹持气缸34 驱动实现打开与夹紧；压块37通过辅助压平气缸36将斜齿轮压平；采用高频加热器38对 斜齿轮进行加热。压装完成后，通过斜齿轮夹具35上的气孔和冷却空气使斜齿轮迅速降ilm ο
上下料站5 (见图8)由支座51、滑台52、平衡轴夹具53、斜齿轮夹具M、气缸驱动 55组成。平衡轴夹具53和斜齿轮夹具M固定在滑台52上，滑台52通过直线导轨固定在 支座51上，滑台52通过气缸驱动55驱动可以前后移动。从而实现将平衡轴和斜齿轮分别 从人工上下料位置送至工作位置；当平衡轴与斜齿轮装配完成后，滑台52自动移出退回到 人工上下料位置，便于工件上下料。
机械手4 (见图9)由支架41、直线导轨42、纵向驱动气缸43、平衡轴机械手44、斜 齿轮机械手45、平衡轴上下驱动气缸46、斜齿轮上下驱动气缸47、平衡轴横向驱动气缸48、 平衡轴夹紧气缸49、斜齿轮夹紧气缸410、限位器411、纵向驱动锁紧器412组成。平衡轴机 械手44与斜齿轮机械手45固定在直线导轨42上面的滑台上，通过纵向驱动气缸43驱动 一起作纵向移动，分别执行平衡轴和斜齿轮的纵向运输。限位器411限制机械手纵向移动 的位置，纵向驱动锁紧器412对机械手的纵向移动位置进行锁紧，保证平衡轴和斜齿轮分 别准确可靠地在平衡机2、齿轮热压机3、上下料站5之间进行传输。平衡轴机械手44与斜 齿轮机械手45的上下运动和横向运动及夹紧动作分别独立运行。平衡轴上下驱动气缸46、 斜齿轮上下驱动气缸47分别驱动平衡轴机械手44与斜齿轮机械手45上下运动。平衡轴 横向驱动气缸48驱动平衡轴机械手44横向运动，实现平衡轴在齿轮热压机3的热压装配。 平衡轴横向驱动气缸48在齿轮的热压装配过程中处于卸气状态，起导向作用。平衡轴的热 压装配由齿轮热压机3的压装气缸32推动压块33将平衡轴压装到斜齿轮的内孔中完成。 热压装配完成后，平衡轴横向驱动气缸48退回。机械手纵向驱动气缸43、平衡轴上下驱动 气缸46、斜齿轮上下驱动气缸47、平衡轴夹紧气缸49、斜齿轮夹紧气缸410均带断气抱死锁 紧功能，保证机械手传输过程中安全可靠。机械手4通过支架41安装在设备基座1上。
平衡轴机械手44具备纵向(Y向)、横向(X向)、上下(Z向)三个方向的自由度， 斜齿轮机械手45具备纵向(Y向)和上下(Z向)两个方向的自由度。在纵向运动方向上 机械手采用同步运动的方式。机械手的全部动作由气缸驱动，气缸由电磁阀控制，整个机械 手在工作中能实现上升/下降、前移/后移、左移/右移、夹紧/放松等功能。其中升降、左 右移、前后移动均通过气缸、导柱及位置微动开关相互配合完成；而机械手的手爪则是通过夹持气缸、定位气缸的作用来夹持物品。机械手采用气动方式驱动，具有动作迅速，反应灵 敏，动作平稳，阻力损失和泄露小等优点，其定位精度可达到士0.5mm以内。本系统中驱动 气压使用的压力为6bar。
所述动平衡机2、齿轮热压机3、机械手4和上下料站5容置在外壳7内，然后整体 置于基座1上；液压站6提供齿轮热压机3高频加热头的循环冷却水，各部件的运动通过所 述控制部分8来控制。
设备工作的过程中，对平衡轴和斜齿轮工件的许多加工操作可以同步进行，比如 动平衡机2在对平衡轴进行动平衡测量、钻孔标识最大动不平衡位置的同时，在齿轮热压 机3上可以同步地进行对齿轮的加热和齿轮在轴中的热套装配等工作。设备的控制采用可 编程序逻辑控制器(PLC)来实现对各种运动的控制。具体实施步骤如下
1)人工将待装配的汽车变速箱平衡轴和斜齿轮分别放置在上下料站5上；
2)平衡轴机械手44、斜齿轮机械手45同时分别夹取上下料站5上的汽车变速箱 平衡轴和斜齿轮；
3)机械手先把斜齿轮机械手45夹持的斜齿轮运送到齿轮热压机3上的斜齿轮夹 具35上，辅助压平气缸36驱动压块37将斜齿轮压平，同时，夹持气缸34驱动斜齿轮夹具 35将斜齿轮固定好；
4)机械手平衡轴机械手44将夹紧的汽车变速箱平衡轴运送至动平衡机2的加工 工位，轴的两端通过气动夹具22进行径向定位夹紧；而平衡轴的轴向通过标识钻孔机21的 钻孔预顶紧装置顶紧轴的端面进行轴向定位夹紧；
5)启动动平衡机2，对装夹好的汽车变速箱平衡轴进行动不平衡量测量，记录相 应的汽车平衡轴的最大不平衡量的位置；通过标识钻孔机21的钻孔预顶紧装置对汽车变 速箱平衡轴的外端端面进行轴向定位并夹紧，对刚刚测量得到的汽车平衡轴的最大动不平 衡量的位置按生产工艺卡的要求钻一直径为5mm的孔进行标记；
6)启动高频加热装置38，在齿轮热压机3上对夹放好的斜齿轮进行加热，使斜齿 轮的齿圈热膨胀；
7)在动平衡机上2完成上面的对汽车平衡轴的最大不平衡量的位置标识以后，再 次启动动平衡机2，对汽车变速箱平衡轴进行轴的方向找正，使此时轴放置的方向为装配方 向；
8)平衡轴机械手44将动平衡机上2加工好的汽车变速箱平衡轴夹紧，运送至齿轮 热压机3的位置，由压装气缸32将平衡轴顶入已加热好的斜齿轮中进行热套装配；
9)装配完成后，平衡轴机械手44将装配好的平衡轴运送到上下料站5上的平衡轴 夹具53上，上下料站5移出，等待人工上下工件。进行下一个加工循环。权利要求
1.一种平衡轴斜齿轮自动热压装配装置，用于汽车变速箱平衡轴与斜齿轮之间的热 压装配，该装置包括动平衡机(2 )、齿轮热压机(3 )、机械手(4 )和上下料站(5 )，所述机械手 (4)夹取上下料站(5)上待装配的平衡轴和斜齿轮，分别送至动平衡机(2)和齿轮热压机 (3)，该动平衡机(2)对所述平衡轴进行动不平衡量测量，并对平衡轴进行方向找正，斜齿轮 在齿轮热压机(3)中被加热，经动不平衡测量和方向找正后的平衡轴由所述机械手(4)送 至斜齿轮热压机(3)中，与已加热的斜齿轮进行热压装配。
2.根据权利要求1所述的平衡轴斜齿轮自动热压装配装置，其特征在于，所述的动平 衡机(2)包括气动夹具(22)和动平衡测试装置(23)，该气动夹具(22)用于对平衡轴进行夹 持，该平衡测试装置(23)实现对平衡轴的动平衡测量以及方向找正。
3.根据权利要求2所述的平衡轴斜齿轮自动热压装配装置，其特征在于，所述的动平 衡测试装置(23)包括光电编码器(28)、伺服电机(29)和多个加速度传感器(24、25、26、 27)，平衡轴在该伺服电机(29)驱动下转动，通过所述光电编码器(28)和分布在周围的所 述多个加速度传感器(24、25、26、27)进行不平衡量大小和角度的测量，找到最大动不平衡 量位置并找正方向。
4.根据权利要求1-3之一所述的平衡轴斜齿轮自动热压装配装置，其特征在于，所述 的动平衡机(2)还包括标识钻孔机(21 )，用于对测量出的最大动不平衡量位置钻孔加工以 进行标识。
5.根据权利要求1-4之一所述的平衡轴斜齿轮自动热压装配装置，其特征在于，所述 的齿轮热压机(3)包括支座(31)、压装气缸(32)、压块(33)、夹持气缸(34)、斜齿轮夹具 (35)和高频加热器(38)，所述压块(33)固定在支座(31)的导轨(39)上，压装气缸(32)推 动压块(33 )将平衡轴压装到斜齿轮的内孔中，斜齿轮夹具(35 )用于夹持所述斜齿轮，其由 夹持气缸(34)的驱动实现打开与夹紧，所述高频加热器(38)用于对所述斜齿轮进行加热。
6.根据权利要求1-5之一所述的平衡轴斜齿轮自动热压装配装置，其特征在于，所述 机械手(4)包括支架(41)、直线导轨(42)、平衡轴机械手(44)和斜齿轮机械手(45)，所述直 线导轨(42)对称布置在支架(41)上，所述平衡轴机械手(44)与斜齿轮机械手(45)固定在 直线导轨(42)上的滑台上，可沿直线导轨往复滑动，实现Y向上的运动，同时，该平衡轴机 械手(44)和斜齿轮机械手(45)可分别沿Z向上下运动，该平衡轴机械手(44)还可沿X向 横向运动，从而实现该平衡轴机械手(44 )夹持所述平衡轴在平衡机(2 )、齿轮热压机(3 )和 上下料站(5)之间的传输，实现该斜齿轮机械手(45)夹持所述斜齿轮在齿轮热压机(3)和 上下料站(5)之间的传输。
7.根据权利要求6所述的平衡轴斜齿轮自动热压装配装置，其特征在于，该机械手(4) 包括纵向驱动气缸(43)、平衡轴上下驱动气缸(46)、斜齿轮上下驱动气缸(47)和平衡轴 横向驱动气缸(48)，所述平衡轴机械手(44)与斜齿轮机械手(45)通过所述纵向驱动气缸 (43)的驱动实现所述Y向上的运动；所述平衡轴上下驱动气缸(46)、斜齿轮上下驱动气缸 (47)分别驱动平衡轴机械手(44)和斜齿轮机械手(45)上下运动；所述平衡轴横向驱动气 缸(48)驱动平衡轴机械手(44)实现所述横向运动。
8.根据权利要求6或7所述的平衡轴斜齿轮自动热压装配装置，其特征在于，所述机械 手(4)还包括限位器(411)和纵向驱动锁紧器(412)，用于对机械手(4)的限位和锁紧，以确 保平衡轴和斜齿轮分别准确可靠地在平衡机(2)、齿轮热压机(3)、上下料站(5)之间进行传输。
9.根据权利要求1-8之一所述的平衡轴斜齿轮自动热压装配装置，其特征在于，所述 上下料站(5)包括上下料站支座(51)、滑台(52)、平衡轴夹具(53)、斜齿轮夹具(54)和气缸 驱动机构(55)，所述平衡轴夹具(53)和斜齿轮夹具(54)固定在滑台(52)上，分别用于夹持 平衡轴和斜齿轮，该滑台(52)通过直线导轨固定在支座(51)上，其可在所述气缸驱动机构 (55)的驱动前后移动，从而实现平衡轴和斜齿轮的输送。
10.根据权利要求1-9之一所述的平衡轴斜齿轮自动热压装配装置，其特征在于，所述 装置还包括基座(1)、外壳(7)及控制部分(8)，所述动平衡机(2)、齿轮热压机(3)、机械手 (4)和上下料站(5)容置在外壳(7)内，并整体置于基座(1)上，各部件的运动通过所述控 制部分(8)来控制。
全文摘要
一种平衡轴斜齿轮自动热压装配装置，包括动平衡机(2)、齿轮热压机(3)、机械手(4)和上下料站(5)，所述机械手(4)夹取上下料站(5)上待装配的平衡轴和斜齿轮，分别送至动平衡机(2)和齿轮热压机(3)，该动平衡机(2)对所述平衡轴进行动不平衡量测量，并对平衡轴进行方向找正，斜齿轮在齿轮热压机(3)中被加热，经动不平衡测量和方向找正后的平衡轴由所述机械手(4)送至斜齿轮热压机(3)中，与已加热的斜齿轮进行热压装配。本装置具有足够的静态、动态、热稳态刚度和精度，整个系统具有良好的动态性能，所选择的检测测量和显示系统的执行元件精度高、可靠性好、抗干扰能力强、响应速度快、连续加工工作性能稳定。
文档编号B23P11/02GK102029501SQ20101059277
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者曹继光, 王元勋 申请人:华中科技大学