十字轴总成轴承自动装配装置及装配方法
【专利摘要】本发明公开了一种十字轴总成轴承自动装配装置，属于机械部件生产领域。包括夹具体、轴承上料模块、轴承压入模块和十字轴上下料模块；夹具体的上方设有压紧机构，夹具体连接旋转模块；轴承压入模块为两组，对称设置于夹具体的两侧，用于将轴承装配到十字轴的耳轴上；轴承上料模块为两组，用于将轴承送至轴承压入模块与夹具体之间；十字轴上下料模块包括驱动单元和与驱动单元连接的第二抓取机构，用于将待装配的十字轴放置到夹具体上装配并取出。本发明降低十字轴总成的装配成本，大大提高了十字轴总成的装配效率。本发明还公开了一种十字轴总成轴承自动装配方法。
【专利说明】
十字轴总成轴承自动装配装置及装配方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种轴承装配装置，具体讲是一种十字轴总成轴承自动装配装置及装配方法，属于机械部件生产领域。
【背景技术】
[0002]十字轴万向节总成作为汽车传动系统中的关键部件，能实现变角度动力传递，用于改变传动轴线的位置和方向，它是汽车转向及传动驱动系统的“关节”部位。随着我国成为全球最大汽车生产国以及汽车零部件产业的快速发展，十字轴总成的需求量也越来越大，同时对产品质量的要求也越来越高，业内竞争日趋激烈。其中，十字轴总成作为十字轴万向节的主体部分，是十字轴万向节不可或缺的部件。十字轴总成的质量直接影响着十字轴万向节的疲劳寿命，并影响着整车的安全性能及可靠性。
[0003]十字轴总成主要由弹性挡圈、关节轴承、十字轴、挡板、进油嘴等组成，这些组件可以分为两种部件，一种为十字轴，另一种为轴承。十字轴总成轴承的装配过程，就是将4个轴承组件压装在十字轴的四个耳轴上。
[0004]目前，在国内几家比较知名的十字轴总成生产企业中，十字轴总成的装配工艺大多采用手工装配完成。这种方式导致了十字轴总成的装配效率低下，装配质量不稳定、呈一定的波动性，传统的十字轴装配工艺已经成为了十字轴总成生产中的瓶颈工序。同时，随着人工成本的增长，使十字轴总成的装配生产成本日益上升，导致企业经济效益直接下降。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种装配效率高，装配质量稳定性好的十字轴总成轴承自动装配装置及装配方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供的十字轴总成轴承自动装配装置，包括用于支撑十字轴的夹具体、轴承上料模块、轴承压入模块和十字轴上下料模块；
[0007]所述夹具体的上方设有压紧机构，所述压紧机构的轴线与夹具体的中心位于同一直线上，所述夹具体连接旋转模块；
[0008]所述轴承压入模块为两组，对称设置于夹具体的两侧;所述轴承压入模块包括第一驱动机构和与第一驱动机构相连的第一抓取机构，所述第一抓取机构用于抓取轴承上料模块上的轴承，第一驱动机构驱动抓取机构将轴承装配到十字轴的耳轴上；
[0009]所述轴承上料模块为两组，分别位于轴承压入模块与夹具体之间；轴承上料模块包括第二驱动机构和与第二驱动机构相配合的轴承底座，第二驱动机构驱动轴承底座分别将轴承送至轴承压入模块与夹具体之间，供抓取机构抓取；
[0010]所述十字轴上下料模块包括驱动单元和与驱动单元连接的第二抓取机构，用于将待装配的十字轴放置到夹具体上，然后将装配好的十字轴总成从夹具体上取出。
[0011]本发明还包括将轴承送至轴承底座上的轴承翻转模块，所述轴承翻转模块包括翻转电机、翻转盘、翻转杆和第二气爪，所述翻转杆通过翻转盘连接翻转电机，第二气爪连接翻转杆，翻转电机驱动翻转杆带动第二气爪转动。
[0012]本发明中，所述第二驱动机构包括第一步进电机和第一丝杆，所述轴承底座安装在丝杆上，第一步进电机驱动轴承底座沿第一丝杆运动并定位。
[0013]本发明中，所述驱动单元包括第二步进电机、第二滚珠丝杆和第二气动滑台，所述第二滚珠丝杆连接第二步进电机，第二气动滑台竖向安装在第二滚珠丝杆上，第二气动滑台连接第二抓取机构;所述第二步进电机带动第二气动滑台的进退，第二气动滑台控制第二抓取机构上下运动。
[0014]本发明中，所述旋转模块包括减速齿轮组、传动轴和第三步进电机，所述传动轴与第三步进电机之间连接减速齿轮组。
[0015]本发明中，所述第一抓取机构和第二抓取机构均为气爪。
[0016]本发明中，所述第一驱动机构为第一气动滑台。
[0017]本发明还提供一种十字轴总成轴承自动装配方法，采用上述的十字轴总成轴承自动装配装置，包括以下步骤:
[0018]D、轴承翻转模块将待装配的轴承翻转支撑轴承上料模块上，轴承上料模块将待装配的轴承运送到待装配位置；同时，十字轴上料模块将十字轴送入夹具模块上并压紧定位，保证十字轴与轴承位置相对；
[0019]2)、轴承压入模块夹紧支撑在轴承底座上的轴承后，轴承上料模块回位继续运送下一个待装配的轴承;然后，轴承压入模块将轴承推入十字轴的耳轴上，完成一对相互位置为180度的轴承安装；
[0020]3)、松开十字轴，十字轴旋转模块将十字轴转动90度后再压紧；
[0021]4)、轴承上料模块将轴承底座上的下一轴承运送到待装配位置，然后执行步骤2)完成另一对相互位置为180度的轴承安装；
[0022]5)、松开十字轴总成，十字轴总成下料模块将十字轴总成取出，完成整个装配过程。
[0023]本发明的有益效果在于:(1)、本发明大大降低十字轴总成的装配成本，提高了十字轴总成的装配效率，仅一名操作工就能管理4至5台本发明的装配装置，大大的减少了人资源的耗费，并且人均装配效率提高了6至7倍；(2)、有效提高了十字轴总成的装配质量，通常人工装配的次品率为5%左右，而装配装置的次品率仅为2%; (3)、通过在轴承底座外侧设置轴承翻转模块，可进一步提高装配速度；(4)、本发明的结构简单，操作方便，易于实现，具备良好的应用推广价值。
【附图说明】
[0024]图1为本发明十字轴总成轴承自动装配装置结构示意图；
[0025]图2为本发明十字轴总成轴承自动装配装置结构示意图2;
[0026]图3为本发明十字轴总成轴承自动装配装置结构示意图3;
[0027]图4为本发明十字轴总成轴承自动装配装置结构示意图4;
[0028]图5为旋转模块结构示意图；
[0029]图6为本发明十字轴总成轴承自动装配装置主视图；
[0030]图7为本发明十字轴总成轴承自动装配装置左视图；[0031 ]图8为本发明十字轴总成轴承自动装配装置俯视图；
[0032]图9为本发明部分气压回路图；
[0033]图10为本发明气动回路的动作流程图；
[0034]图11为本发明气动回路的控制系统图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0036]如图1所示，本发明十字轴总成轴承自动装配装置包括装配夹具模块1、承压入模块2、轴承翻转模块3、旋转模块4、十字轴上下料模块5、轴承上料模块6和支架7。装配夹具模块1、承压入模块2、轴承翻转模块3、旋转模块4、十字轴上下料模块5、轴承上料模块6均安装在支架7上。
[0037]如图3和6所示，装配夹具模块I包括夹具体14，夹具体14支撑在支架7上，位于支架7的中央位置，用于支撑待装配的十字轴。夹具体14的底部连接旋转模块4，旋转模块4驱动夹具体14转动。
[0038]夹具体14的正上方安装压紧气缸13，压紧气缸13可下行对支撑在夹具体14上的待装配十字轴进行压紧固定，避免装配过程中十字轴发生移位。压紧气缸13的上部通过气缸安装片12固定在铝型材安装架11上，铝型材安装架11固定安装在支架7上。装配时，压紧气缸13的轴线与夹具体14的中心位于同一直线上。
[0039]如图3、6和7所示，轴承压入模块2为两组，结构相同，对称设置在夹具体14的左右两侧。压入模块2包括第一气动滑台21、气爪安装架22和第一气爪23，第一气动滑台21通过螺钉固定安装在支架7上，气爪安装架22连接第一气动滑台21，第一气爪23安装在气爪安装架22上，第一气爪23的前端部安装两个第一气爪手指24。第一气爪23用于抓取轴承上料模块6的轴承支座63上的轴承，第一气动滑台21驱动第一气爪23向夹具体14方向运动，将轴承装配到夹具体14上的十字轴的耳轴上。当第一气爪23闭合抓紧轴承时，轴承的轴线与十字轴耳轴的轴线位于同一直线上。
[0040]如图2、6和7所示，轴承上料模块6为两组，分别设置在夹具体14的左右两侧，位于夹具体14与轴承压入模块2之间，与轴承压入模块2相垂直。两组轴承上料模块6平行设置，轴承上料模块6包括第一步进电机61、第一丝杆62、轴承底座63和第一导轨64，第一导轨64固定安装在支架7上，第一丝杆62和第一步进电机61安装在第一导轨64上，第一丝杆62与第一步进电机61相连接。轴承底座63安装在第一丝杆62，与第一丝杆62形成螺纹配合，轴承底座63底部的导向块插入第一导轨64上的滑轨中。第一步进电机61驱动第一丝杆62转动，进而带动轴承底座63沿第一丝杆62和第一导轨64的轴向运动并定位，将轴承运送到待装配位置供轴承压入模块2抓取装配。
[0041 ]如图1所示，两组轴承上料模块6的外侧分别设置轴承翻转模块3，轴承翻转模块3用于将轴承从第一传送带37上翻转并输送到轴承上料模块6的轴承底座63上。轴承翻转模块3包括电机安装座31、翻转电机32、翻转盘33、翻转杆34和第二气爪35。电机安装座31固定安装在支架7上，位于第一传送带37的外侧。翻转电机32安装在电机安装座31上，翻转杆34一端通过翻转盘33与翻转电机32连接，翻转杆34的另一端安装两个第二气爪35，第二气爪35前端部安装两个第二气爪手指36。第二气爪手指36上固定安装两片夹紧块，以便夹持轴承的外圈，提高夹持的稳定性。当轴承从自动装配线中流出时到达第一传送带37上时，第二气爪35上的两个第二气爪手指36对轴承的外圈进行夹持，然后翻转电机35通过翻转盘33和翻转杆34带动轴承翻转90度，放在轴承底座63。
[0042]第二气爪手指36的宽度约为轴承外圈轴向长度的1/2，这样第一气爪手指36仅夹持轴承外圈的下半部分，轴承翻转后轴承外圈的上半部分可方便地支撑在轴承底座63上，实现轴承的翻转与移动。第二气爪手指36松开后，轴承外圈下半部分突出于轴承底座63的外侧，以供轴承压入模块2上的第一气爪23夹持操作。
[0043]通常轴承从自动装配线中流出时到达第一传送带37上时，轴承的口部朝上(即轴线竖直)。而在十字轴总成的装配过程中，轴承必须口部朝左或朝右(即轴线水平)。因此，本发明通过设置轴承翻转模块3可以快速实现轴承的方向转换，并迅速旋转送到轴承底座63上进行装配工序，进一步提高装配效率。
[0044]如图4、7和8所示，十字轴上下料模块5包括第三气爪手指51、第三气爪52、连接板53、气动滑台54、第二步进电机55、第二丝杆57和第二导轨58。第二导轨58固定在支架7上，第二丝杆57和第二步进电机55安装在第二导轨57上，第二丝杆62与第一步进电机61相连接。气动滑台54竖向安装在连接块上，连接块安装在第二丝杆57，与第二丝杆57形成螺纹配合，连接块底部的导向块插入第二导轨58上的滑轨中。
[0045]气动滑台54的顶部与连接板53相连接，连接板53上安装第三气爪52，第三气爪52的前端部安装两个第三气爪手指51，用于夹持十字轴。
[0046]气动滑台54的前方设有第二传送带56，第二传送带56用于传送十字轴。十字轴上下料模块5上料时，第三气爪52抓住在第二传送带56上的十字轴后，气动滑台54伸缩杆抬高，将十字轴上升到设定高度;然后，第二步进电机55驱动第二丝杆57转动，带动气动滑台54向夹具体14移动，将十字轴送入夹具模块I的夹具体14上;之后，压紧气缸13下行将十字轴压紧在夹具体14上，完成十字轴夹紧定位。装配完成后，十字轴上下料模块5下料过程与其上料过程相反。
[0047]如图1和5所示，轴旋转模块4位于夹具体14的下部，包括上法兰41、下法兰42、大齿轮43、传动轴44、第三步进电机45、小齿轮46和电机安装架47。上法兰41与下法兰42相连接，下法兰42固定在支架7上。传动轴穿过上法兰41与下法兰42，传动轴顶部连接夹具体14上，下部安装大齿轮43，第三步进电机45通过电机安装架47固定安装在支架7上，小齿轮46与第三步进电机45输出轴相连接，小齿轮46与大齿轮43相啮合。第三步进电机45转动时，其动力由小齿轮46和大齿轮43传递到传动轴44上，使夹具体14旋转90度，进而带动夹具体14上的十字轴旋转。轴旋转模块4通过铝型材安装架与支架7连接固定。
[0048]本发明的十字轴总成轴承自动装配设备的左右两部分结构基本一致，现对右半部分的气压回路进行说明，左半部分与右半部分基本一致，区别在于缺少单作用气压缸k-6和两位两通电磁换向阀k-5，因此左半部分的气压回路在此不再赘述。如图8所示，图中所有的元件工作气压相同，所有的换向阀都是电磁换向阀，所以可以采用电磁继电器来控制电路的通断，从而来控制电磁换向阀中电磁铁的开合。各气爪和气动滑台为双作用气动元件。高压气源依次空气过滤器k_l、减压阀k_2、压力表k_3和油雾器k_4后输出。单作用气压缸k_6(即上述压紧气缸13)通过两位两通电磁换向阀k-5连接高压气源。轴承压入气动滑台k-7经三位五通电磁换向阀k-8连接高压气源。轴承压入模块气爪k-ΙΟ经两位四通电磁换向阀k-9连接高压气源。轴承翻转模块气爪k-11经两位四通电磁换向阀k-9连接高压气源。十字轴上料模块气动滑台k-12经三位五通电磁换向阀k-8连接高压气源。十字轴上料模块气爪k-13经两位四通电磁换向阀k-9连接高压气源。
[0049]如图9、10和11所示，本发明气动回路的动作流程步骤如下:
[0050]I)、按下按钮SBl后，继电器KGl-1通电，继电器控制开关KG1-2开始动作；
[0051 ] 2)、电磁铁YA8、YA6通电，轴承翻转模块气爪k-ΙΙ夹紧十字轴，上料模块气爪k-13夹紧，同时时间继电器KT1-1、KT2-1通电；
[0052]3)、一段时间(本发明设定为5秒)后，延时断开开关KT2-2动作，电磁铁YA8断电，轴承翻转模块气爪k-11放松;延时闭合开关KT1-2动作，电磁铁YA4通电，十字轴上料模块气动滑台k-12上升；
[0053]4)、再过一段时间(本发明设定为5秒)后，延时断开开关KT1-3动作，电磁铁YA6断电，十字轴上料模块气Wk-13放松;延时闭合时间继电器KT2-1动作，电磁铁YAl、YA2通电，单作用气压缸k-6压紧气缸压紧十字轴，轴承压入气动滑台k-7伸出；
[0054]5)、轴承压入气动滑台k-7伸出一段距离后，触碰行程开关SQl，电磁铁YA2断电，轴承压入气动滑台k-7停止伸出，电磁铁YA7通电，轴承压入模块气爪k-ΙΟ工作，时间继电器KT2-1通电；
[0055]6)、一段时间(本发明设定为5秒)后，通电延时闭合开关KT2-3闭合，电磁铁YA2再次通电，轴承压入气动滑台k-7继续伸出，触碰行程开关SQ2;
[0056]7)、时间继电器KT2-3断电，电磁铁YA2、YA7断电，电磁铁YA3通电，轴承压入模块气爪k-?ο放松，轴承压入气动滑台k-7停止伸出且退后原处；
[0057]8)、继电器KG3-1通电，常闭开关KG3-2断开，电磁铁YAl断电，单作用气压缸k-6收缩;同时电磁铁YA6通电，十字轴上料模块气爪k-13夹紧，时间继电器KT4-1通电；
[0058]9 )、一段时间后(本发明设定为5秒)，通电延时闭合开关KT4-2闭合，电磁铁YA5通电，十字轴上料模块气动滑台k-12下降。
[0059]本发明十字轴总成轴承自动装配过程具体包括以下步骤:
[0060]1)、待装配的轴承口部朝上，排列整齐的轴承由第一传送带运送到待夹持位置，翻转电机翻转90度，第二气爪张开夹紧轴承;翻转电机通过翻转盘和翻转杆带动轴承翻转90度，然后放在轴承上料模块的轴承底座上，第一步进电机驱动滚珠丝杆转动进而驱动轴承底座沿第一导轨前行，将轴承底座上的轴承运送到待装配位置(即与轴承压入模块相对应的位置)；
[0061]同时，十字轴上料模块上的第三气爪夹紧在第二传送带上的十字轴，气动滑台伸缩杆抬高至设定高度;第二步进电机驱动第二丝杆转动，带动气动滑台向夹具体移动，将十字轴送入夹具模块的夹具体上;然后，压紧气缸下行将十字轴压紧在夹具体上，十字轴被压紧定位。此时，轴承正对十字轴的轴耳。
[0062]2)、轴承压入模块上的第一气爪夹紧支撑在轴承底座上的轴承，之后轴承上料模块回位继续运送下一个待装配的轴承;然后，气动滑台驱动第一气爪带动轴承向十字轴运行，将轴承推入十字轴的耳轴上，完成一对相互位置为180度的轴承安装；
[0063]3)、压紧气缸放松，十字轴旋转模块的第三步进电机旋转，动力经小齿轮和大齿轮传递到传动轴上使夹具体旋转90度，十字轴跟随转动90度;之后，压紧气缸下行压紧十字轴；
[0064]4)、轴承上料模块将轴承底座上的下一轴承运送到待装配位置，然后执行步骤2)完成另一对相互位置为180度的轴承安装；
[0065]5)、安装完成后，压紧气缸放松，十字轴总成下料模块上第三气爪，将十字轴总成抓取夹紧，第二步进电机驱动第二丝杆转动，带动气动滑离开夹具体，之后气动滑台伸缩杆降低，将十字轴总成放置在第二传送带上，整个装配过程结束。
[0066]以上对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但本发明并不限于以上描述。对于本领域的技术人员而言，任何对本技术方案的同等修改和替代都是在本发明的范围之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
【主权项】
1.一种十字轴总成轴承自动装配装置，其特征在于:包括用于支撑十字轴的夹具体、轴承上料模块、轴承压入模块和十字轴上下料模块； 所述夹具体的上方设有压紧机构，所述压紧机构的轴线与夹具体的中心位于同一直线上，所述夹具体连接旋转模块； 所述轴承压入模块为两组，对称设置于夹具体的两侧;所述轴承压入模块包括第一驱动机构和与第一驱动机构相连的第一抓取机构，所述第一抓取机构用于抓取轴承上料模块上的轴承，第一驱动机构驱动抓取机构将轴承装配到十字轴的耳轴上； 所述轴承上料模块为两组，分别位于轴承压入模块与夹具体之间；轴承上料模块包括第二驱动机构和与第二驱动机构相配合的轴承底座，第二驱动机构驱动轴承底座分别将轴承送至轴承压入模块与夹具体之间，供抓取机构抓取； 所述十字轴上下料模块包括驱动单元和与驱动单元连接的第二抓取机构，用于将待装配的十字轴放置到夹具体上，然后将装配好的十字轴总成从夹具体上取出。2.根据权利要求1所述的十字轴总成轴承自动装配装置，其特征在于:包括将轴承送至轴承底座上的轴承翻转模块，所述轴承翻转模块包括翻转电机、翻转盘、翻转杆和第二气爪，所述翻转杆通过翻转盘连接翻转电机，第二气爪连接翻转杆，翻转电机驱动翻转杆带动第二气爪转动。3.根据权利要求1或2所述的十字轴总成轴承自动装配装置，其特征在于:所述第二驱动机构包括第一步进电机和第一丝杆，所述轴承底座安装在丝杆上，第一步进电机驱动轴承底座沿第一丝杆运动并定位。4.根据权利要求3所述的十字轴总成轴承自动装配装置，其特征在于:所述驱动单元包括第二步进电机、第二滚珠丝杆和第二气动滑台，所述第二滚珠丝杆连接第二步进电机，第二气动滑台竖向安装在第二滚珠丝杆上，第二气动滑台连接第二抓取机构;所述第二步进电机带动第二气动滑台的进退，第二气动滑台控制第二抓取机构上下运动。5.根据权利要求4所述的十字轴总成轴承自动装配装置，其特征在于:所述旋转模块包括减速齿轮组、传动轴和第三步进电机，所述传动轴与第三步进电机之间连接减速齿轮组。6.根据权利要求5所述的十字轴总成轴承自动装配装置，其特征在于:所述第一抓取机构和第二抓取机构均为气爪。7.根据权利要求6所述的十字轴总成轴承自动装配装置，其特征在于:所述第一驱动机构为第一气动滑台。8.—种十字轴总成轴承自动装配方法，其特征在于，采用权利要求1所述的十字轴总成轴承自动装配装置，包括以下步骤: I )、轴承翻转模块将待装配的轴承翻转支撑轴承上料模块上，轴承上料模块将待装配的轴承运送到待装配位置;同时，十字轴上料模块将十字轴送入夹具模块上并压紧定位，保证十字轴与轴承位置相对； 2)、轴承压入模块夹紧支撑在轴承底座上的轴承后，轴承上料模块回位继续运送下一个待装配的轴承;然后，轴承压入模块将轴承推入十字轴的耳轴上，完成一对相互位置为180度的轴承安装； 3)、松开十字轴，十字轴旋转模块将十字轴转动90度后再压紧； 4)、轴承上料模块将轴承底座上的下一轴承运送到待装配位置，然后执行步骤2)完成另一对相互位置为180度的轴承安装；5)、松开十字轴总成，十字轴总成下料模块将十字轴总成取出，完成整个装配过程。
【文档编号】B23P19/027GK106041483SQ201610548166
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月12日
【发明人】罗鹏, 姚卫星, 苌城
【申请人】南京航空航天大学