CN104070397A - 用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构及其定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构及其定位方法，该定位机构包括底座，所述底座上设有支撑所述凸轮轴的支撑块，所述凸轮轴一端端部设有可沿底座滑动的支撑机构，所述底座上位于所述凸轮轴另一端端部位置设有定位机构；还包括电机，所述电机的输出轴穿过所述定位机构与所述凸轮轴的端部配合；所述凸轮轴上一凸轮一侧设有接近开关；该定位方法利用该定位机构来实现；本发明先通过凸轮实现粗定位后，控制凸轮轴在小范围内转动，再实现精确定位；凸轮轴定位精确度高，能够保证凸轮轴的加质量；同时利用该机构，能够降低人工操作成本，降低人工劳动强度。
Description
技术领域
本发明涉及汽车凸轮轴生产领域，具体涉及用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构及其定位方法。
背景技术
目前我国汽车工业的发展日新月异，汽车零件的批量生产也越来越多的依靠搬运机器人及其他的一些附属产品来实现自动化加工。凸轮轴作为汽车的关键零件之一，加工工艺繁琐，实现凸轮轴加工的全自动化不仅可以保证加工质量与效率，还可以大幅度降低员工的劳动强度，实现降低生产成本的目标。
由于凸轮轴精加工凸轮时，机床对零件的角向要求严格，且存在兼容性要求。通过凸轮轴外形定位只能粗定位，不能满足精加工要求；如果直接采用定位销和凸轮轴上定位销孔配合精定位，又存在定位销孔太小，容易与其他油孔发生干扰，导致精定位困难的问题；且目前国内实现凸轮轴精加工中的角向要求主要是通过人力识别进行，不仅浪费人力资源，且角向准确性存在不可控因素。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种合理利用凸轮轴的零件特征，确定定位销孔与其中一个凸轮的位置关系，先确定凸轮位置，再在小范围内确定定位销孔的位置，进而实现精确定位的用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构及其定位方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
该用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构，包括底座，所述底座上设有支撑所述凸轮轴的支撑块，所述凸轮轴一端端部设有可沿底座滑动的支撑机构，所述底座上位于所述凸轮轴另一端端部位置设有定位机构；还包括电机，所述电机的输出轴穿过所述定位机构与所述凸轮轴的端部压紧接触；所述凸轮轴上一凸轮一侧设有接近开关，所述接近开关及电机均和PLC控制器连接。
所述定位机构包括定位座，所述定位座上设有气缸，所述气缸的活塞推杆连接有定位板，所述定位板一侧和所述定位座之间通过弹簧连接，所述定位板的另一侧上设有定位销和所述凸轮轴上的定位销孔相配合；所述电机的输出轴依次穿过所述定位座及定位板和所述凸轮轴轴端的顶尖孔相压紧接触。
所述支撑机构包括可沿底座滑动的支撑座，所述底座上设有和所述支撑座连接的推力气缸；所述凸轮轴端部设有连接轴和所述支撑座上所设定位孔连接。
所述气缸上设有和所述PLC控制器连接的位置检测开关。
所述支撑块上设有和所述凸轮轴配合的V型槽或U型槽。
所述定位板上设有穿入所述弹簧的导向柱和所述定位座上所设导向孔相配合；所述定位板和所述气缸之间设有推板，所述推板一侧和所述气缸的活塞杆连接，所述推板另一侧和所述定位板相连接。
所述支撑座为L型结构，所述支撑座的夹角位置设有结构加强板，所述支撑座和所述底座通过滑轨连接。
所述支撑块为L型结构板，所述支撑块的夹角位置设有加强板，所述支撑块和所述底座可拆卸连接，所述底座上设有多个和所述支撑块连接的安装孔或腰型孔。
所述连接轴和所述定位孔通过轴承相连接，所述连接轴上设有和所述支撑座一侧接触的定位挡板。
该用于汽车凸轮轴加工的角向定位方法，利用上述用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构来实现，包括以下步骤；
搬运机器人将前一序的零件放到本机构的支撑块上；
PLC控制器发出指令，推力气缸工作，支撑座在推力气缸推动下沿底座相对移动，凸轮轴上的连接轴穿入定位孔；
PLC控制器发出指令，电机工作，电机带动凸轮轴旋转；凸轮轴上的凸轮转动到设定位置时，触发接近开关，接近开关反馈信息给PLC控制器后，PLC控制器发出指令控制电机停止旋转；
PLC控制器发出指令控制气缸工作，定位板移动至定位销和凸轮轴端部端面相接触；
PLC控制器发出指令控制电机旋转；定位销插入定位销孔中，凸轮轴停止旋转，实现凸轮轴的角向定位；同时气缸的活塞推杆伸出到位触发气缸到位检测开关，气缸到位检测开关反馈信号给PLC控制器后，PLC控制器发出指令控制电机停止旋转；
PLC控制器发出指令控制推力气缸退回；
搬运机器人将零件从本机构取下；
PLC控制器发出指令控制气缸通气。
本发明的优点在于：该用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构及其定位方法，电机带动凸轮轴转动至凸轮到达设定位置，接近开关将信号反馈给PLC控制器，PLC控制器发出指令，电机停止工作，凸轮轴实现粗定位；根据定位销孔与凸轮的位置关系，先确定凸轮位置后，电机再带动凸轮轴在小范围内转动，定位销在凸轮轴转动过程中滑入定位销孔内，凸轮轴停止旋转，实现凸轮轴的精确角向定位；由于凸轮轴在小范围内转动，定位销能够准确插入定位销孔内，而不会和油孔发生干涉，凸轮轴精定位精确度高，能够保证凸轮轴加工质量；同时利用该机构，能够降低人工操作成本，降低人工劳动强度。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构的结构示意图。
图2为本发明图1用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构的局部结构示意图。
图3为图1用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构的定位机构和凸轮轴连接结构示意图。
图4为图1用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构的定位机构和凸轮轴另一角度连接结构示意图。
图5为图1用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构的凸轮轴的局部结构示意图。
图6为本发明用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构的工作流程图。
上述图中的标记均为：
1、底座，2、凸轮轴，3、支撑块，4、电机，5、凸轮，6、接近开关，7、定位座，8、气缸，9、定位板，10、弹簧，11、定位销，12、定位销孔，13、支撑座，14、推力气缸，15、连接轴，16、定位孔，17、导向柱，18、导向孔，19、推板，20、结构加强板，21、滑轨，22、加强板，23、定位挡板，24、顶尖孔。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1至图5所示，该用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构，包括底座1，底座1上设有支撑凸轮轴2的支撑块3，支撑块3根据实际需要，可设置为1个或两个以上的多个，凸轮轴2一端端部设有可沿底座1滑动的支撑机构，底座1上位于凸轮轴2另一端端部位置设有定位机构；还包括电机4，电机4的输出轴穿过定位机构与凸轮轴2的端部压紧接触；凸轮轴2上一凸轮一侧设有接近开关6；接近开关6及电机4均和PLC控制器连接。
电机4带动凸轮轴2转动至凸轮5到达设定位置，接近开关6将信号反馈给PLC控制器，PLC控制器发出指令，控制电机4停止工作，凸轮轴2实现粗定位；根据定位销孔12与凸轮5的位置关系，先确定凸轮5位置后；电机4再带动凸轮轴2在小范围内转动，当凸轮轴2上定位销孔12与定位销11处于同一中心时，定位销11通过弹簧的弹簧力推出插入凸轮轴2定位销孔12中，实现精确定位。由于凸轮轴2在小范围内转动，该小范围内只有定位销孔12，定位销11能准确插入定位销孔12内，而不会和油孔发生干涉，凸轮轴2精定位精确度高，能够保证凸轮轴2加工质量。精定位时，定位销插入销孔到电机停止转动会有一定的反应时间，由于电机是通过摩擦力带动凸轮轴转动的，因此在这段反应时间内可以保证凸轮轴不转。
接近开关6及电机4均和PLC控制器相连接；凸轮5转动达到设定位置时，触发接近开关6，接近开关6将信号反馈给PLC控制器，PLC控制器提供控制指令，控制电机4停止转动，实现凸轮轴的粗定位。
定位机构包括定位座7，定位座7上设有气缸8，气缸8的活塞推杆连接有定位板9，定位板9一侧和定位座7之间通过弹簧10连接，定位板9的另一侧上设有定位销11和凸轮轴2上的定位销孔12相配合；电机4的输出轴依次穿过定位座7及定位板9和凸轮轴2轴端的顶尖孔24相压紧接触。
气缸8与定位销11初始位置时，气缸8拉紧定位板9，定位销11和凸轮轴2端部不接触，气缸8处于退回状态，此时弹簧10处于压紧状态；电机4带动凸轮轴2转动至凸轮5到达设定位置，通过接近开关6感应凸轮5，将定位销孔12的位置确定在一个较小的范围内，实现了粗定位；此时气缸8放气，定位销11通过弹簧10的弹簧力推出并与凸轮轴2端部的端面贴紧，此时弹簧10仍处于压紧状态，电机4带动凸轮轴2旋转，当凸轮轴2的定位销孔12与定位销11处于同一中心时，定位销11通过弹簧力推出插入凸轮轴2定位销孔12中，气缸8的活塞推杆完全伸出，实现精确定位。在定位销11通过弹簧力推出插入凸轮轴2定位销孔12后，可人工手动按压电机4电源开关，控制电机4停止工作。作为优选方案，气缸8上设有和PLC控制器连接的气缸活塞推杆到位检测开关；定位销11通过弹簧力推出插入凸轮轴2定位销孔12中，到位检测开关检测到气缸8的活塞推杆完全伸出后，反馈信号给PLC控制器，PLC控制器发出指令，控制电机4停止工作。
凸轮轴2精确定位后快速准确停止旋转的方法是，电机4的输出轴和顶尖孔24接触后，通过输出轴和凸轮轴2顶尖的摩擦力驱动凸轮轴2旋转，一旦凸轮轴2转到位，定位销11插入定位销孔12中，凸轮轴2停止旋转。
支撑机构包括可沿底座1滑动的支撑座13，底座1上设有和支撑座13连接的推力气缸14；凸轮轴2端部设有连接轴15和支撑座13上所设定位孔16连接。凸轮轴2放上支撑块3以后，推力气缸14的活塞杆伸出，推力气缸14推动支撑座13在底座1上滑动，支撑座13滑动过程中，凸轮轴2端部的连接轴15慢慢和定位孔16接触，直至连接轴15伸入定位孔16内至设定位置时，推力气缸14停止动作。凸轮轴2在支撑机构作用下，凸轮轴2转动平稳，能保证凸轮轴2粗定位的准确性。
支撑块3上设有和凸轮轴2配合的V型槽或U型槽。凸轮轴2卡入V型槽或U型槽后，实现初步定位，V型槽或U型槽结构使得凸轮轴2定位简单方便平稳。
定位板9上设有穿入弹簧10的导向柱17和定位座7上所设导向孔18相配合。导向柱17为定位板9移动提供导向作用，进一步保证定位板9移动的平稳性，进而进一步保证定位结构的精确定位准确性。
定位板9和气缸8之间设有推板19，推板19一侧和气缸8的活塞杆连接，推板19另一侧和定位板9相连接。推板19使气缸8的活塞推杆作用在定位板9上的推力均匀平稳，保证定位板9的运行平稳性。
支撑座13为L型结构，支撑座13的夹角位置设有结构加强板20，支撑座13和底座1通过滑轨21连接。支撑座13结构稳定性好，移动过程中平稳。
支撑块3为L型结构板，支撑块3的夹角位置设有加强板22，支撑块3和底座1可拆卸连接，底座1上设有多个和支撑块3连接的安装孔或腰型孔。支撑块3可根据实际需要更换和底座1的连接位置，以满足多规格凸轮轴2的定位需求；支撑块3结构强度好。
连接轴15和定位孔16通过轴承相连接，连接轴15上设有和支撑座13一侧接触的定位挡板23。定位挡板23能保证凸轮轴2在支撑块3上的转动平稳性。
该汽车凸轮轴加工的角向定位机构，可采用人工手动控制气缸8、推力气缸14和电机4的动作；作为优选的方案，气缸8及推力气缸14均和PLC控制器相连接，气缸8上设有到位检测开关，到位检测开关为位移传感器；这样气缸8、推力气缸14及电机4在PLC控制器的指令下动作，以实现该用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构的全自动化控制。
如图6所示，采用全自动化控制时，该用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构的工作流程是：
(1)搬运机器人将前一序的零件放到本机构的支撑块3上；
(2)PLC控制器发出指令，推力气缸14工作，推力气缸14的活塞杆伸出；
(3)PLC控制器发出指令，电机4工作，电机4带动凸轮轴2旋转；
(4)凸轮轴2上的凸轮5转动到设定位置时，触发接近开关6，接近开关6反馈信息给PLC控制器后，PLC控制器发出指令控制电机4停止旋转；
(5)PLC控制器发出指令控制气缸8放气；
(6)PLC控制器发出指令控制电机4在小范围内旋转；
(7)定位销11插入定位销孔12中，触发气缸5的到位检测开关，气缸到位传感器反馈信号给PLC控制器后，PLC控制器发出指令控制电机4停止旋转；
(8)PLC控制器发出指令控制推力气缸14退回；
(9)搬运机器人将零件从本机构取下；
(10)PLC控制器发出指令控制气缸8通气。
重复⑴～(10)。
本发明解决定位销孔12与其他油孔无法区分的方法是，确定定位销孔12与其中一个凸轮5的位置关系，先确定该凸轮5的位置，实现粗定位，再让凸轮轴2在小角度范围内旋转，该范围内只有需要的定位销孔12，可以实现精确定位。本设计解决凸轮轴2精确定位后如何快速准确停止旋转的方法是，利用凸轮轴2两端的顶尖孔24，电机4通过顶尖摩擦力驱动凸轮轴2旋转，一旦凸轮轴2转到位，定位销11插入定位销孔12中，使凸轮5停止旋转。
该用于汽车凸轮轴加工的角向定位方法，利用上述的用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构来实现，包括以下步骤；
(1)搬运机器人将前一序的零件放到本机构的支撑块3上；
(2)PLC控制器发出指令，推力气缸14工作，推力气缸14的活塞杆伸出；
(3)PLC控制器发出指令，电机4工作，电机4带动凸轮轴2旋转；
(4)凸轮轴2上的凸轮5转动到设定位置时，触发接近开关6，接近开关6反馈信息给PLC控制器后，PLC控制器发出指令控制电机4停止旋转；
(5)PLC控制器发出指令控制气缸8放气；
(6)PLC控制器发出指令控制电机4在小范围内旋转；
(7)定位销11插入定位销孔12中，触发气缸5的到位检测开关，气缸到位传感器反馈信号给PLC控制器后，PLC控制器发出指令控制电机4停止旋转；
(8)PLC控制器发出指令控制推力气缸14退回；
(9)搬运机器人将零件从本机构取下；
(10)PLC控制器发出指令控制气缸8通气。
重复⑴～(10)。
该用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构及其定位方法，利用凸轮轴2的零件特征，确定定位销孔12与其中一个凸轮5的位置关系，先确定凸轮5位置，再在小范围内确定定位销孔12位置实现精确定位。气缸8与定位销11处于退回状态，此时弹簧10处于压紧状态，电机4带动凸轮旋转，通过接近开关6感应凸轮，将定位销孔12的位置确定在一个较小的范围内(实现了粗定位)，气缸8放气，定位销11通过弹簧力推出并与凸轮轴2端面贴紧，此时弹簧10仍处于压紧状态，电机4带动凸轮轴2在小范围内旋转，当凸轮轴2定位销孔12与定位销11处于同一中心时，定位销11通过弹簧力推出插入凸轮轴2的定位销孔12中，实现精确定位。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构，其特征在于：包括底座，所述底座上设有支撑所述凸轮轴的支撑块，所述凸轮轴一端端部设有可沿底座滑动的支撑机构，所述底座上位于所述凸轮轴另一端端部位置设有定位机构；还包括电机，所述电机的输出轴穿过所述定位机构与所述凸轮轴的端部压紧接触；所述凸轮轴上一凸轮一侧设有接近开关，所述接近开关及电机均和PLC控制器连接。
2.如权利要求1所述的用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构，其特征在于：所述定位机构包括定位座，所述定位座上设有气缸，所述气缸的活塞推杆连接有定位板，所述定位板一侧和所述定位座之间通过弹簧连接，所述定位板的另一侧上设有定位销和所述凸轮轴上的定位销孔相配合；所述电机的输出轴依次穿过所述定位座及定位板和所述凸轮轴轴端的顶尖孔相压紧接触。
3.如权利要求1所述的用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构，其特征在于：所述支撑机构包括可沿底座滑动的支撑座，所述底座上设有和所述支撑座连接的推力气缸；所述凸轮轴端部设有连接轴和所述支撑座上所设定位孔连接。
4.如权利要求1或2或3所述的用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构，其特征在于：所述气缸上设有和所述PLC控制器连接的位置检测开关。
5.如权利要求4所述的用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构，其特征在于：所述支撑块上设有和所述凸轮轴配合的V型槽或U型槽。
6.如权利要求2所述的用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构，其特征在于：所述定位板上设有穿入所述弹簧的导向柱和所述定位座上所设导向孔相配合；所述定位板和所述气缸之间设有推板，所述推板一侧和所述气缸的活塞杆连接，所述推板另一侧和所述定位板相连接。
7.如权利要求6所述的用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构，其特征在于：所述支撑座为L型结构，所述支撑座的夹角位置设有结构加强板，所述支撑座和所述底座通过滑轨连接。
8.如权利要求7所述的用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构，其特征在于：所述支撑块为L型结构板，所述支撑块的夹角位置设有加强板，所述支撑块和所述底座可拆卸连接，所述底座上设有多个和所述支撑块连接的安装孔或腰型孔。
9.如权利要求8所述的用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构，其特征在于：所述连接轴和所述定位孔通过轴承相连接，所述连接轴上设有和所述支撑座一侧接触的定位挡板。
10.用于汽车凸轮轴加工的角向定位方法，利用权利要求1-9任一项所述的用于汽车凸轮轴加工的角向定位机构来实现，其特征在于：包括以下步骤；
搬运机器人将前一序的零件放到本机构的支撑块上；
PLC控制器发出指令，推力气缸工作，支撑座在推力气缸推动下沿底座相对移动，凸轮轴上的连接轴穿入定位孔；
PLC控制器发出指令，电机工作，电机带动凸轮轴旋转；凸轮轴上的凸轮转动到设定位置时，触发接近开关，接近开关反馈信息给PLC控制器后，PLC控制器发出指令控制电机停止旋转；
PLC控制器发出指令控制气缸工作，定位板移动至定位销和凸轮轴端部端面相接触；
PLC控制器发出指令控制电机旋转，定位销插入定位销孔中，凸轮轴停止旋转，实现凸轮轴的角向定位；同时气缸的活塞推杆伸出到位触发气缸到位检测开关，气缸到位检测开关反馈信号给PLC控制器后，PLC控制器发出指令控制电机停止旋转；
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