馬明建，王亞楠

（濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東 濰坊 261001)

柴油機(jī)連桿螺栓實(shí)現(xiàn)智能化擰緊設(shè)計(jì)

馬明建，王亞楠

（濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東 濰坊 261001)

公司W(wǎng)P10/12大功率柴油機(jī)共有6個(gè)缸進(jìn)行工作，其連桿活塞機(jī)構(gòu)是重要的動(dòng)力部件，連桿螺栓共計(jì)6組，操作人員把緊連桿螺栓時(shí)按照柴油機(jī)工作順序進(jìn)行依次擰緊，人工進(jìn)行操作，工作量大，生產(chǎn)效率低，易造成零部件的磕碰傷。

連桿螺栓；自動(dòng)擰緊；設(shè)計(jì)制造

針對(duì)目前人工操作擰緊的弊端，車間根據(jù)工藝和技術(shù)對(duì)比，確定對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行自主改造設(shè)計(jì)，利用ABB機(jī)器人設(shè)備對(duì)連桿進(jìn)行自動(dòng)擰緊，經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、圖紙繪制、零件加工、部件組裝、自行編制程序及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程，設(shè)計(jì)制造出連桿螺栓擰緊機(jī)自動(dòng)把緊單元。

1 設(shè)計(jì)背景及意義

1.1 設(shè)計(jì)背景

"2+2"連桿擰緊機(jī)是人工手持式，需要對(duì)6組連桿螺栓分別擰緊，操作者進(jìn)行兩次手動(dòng)盤車，分別對(duì)1、6缸，2、5缸，3、4缸的連桿進(jìn)行依次擰緊，勞動(dòng)強(qiáng)度高、定位精度差、生產(chǎn)節(jié)拍不穩(wěn)定。

主要存在以下問(wèn)題。

（1）工序配備6人（3班），且勞動(dòng)強(qiáng)度大。

（2）螺栓擰緊質(zhì)量依靠人工檢測(cè)確認(rèn)，費(fèi)時(shí)，易出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。

（3）WP10/WP12機(jī)型轉(zhuǎn)換時(shí)，需要操作者跨越滾道進(jìn)行WP10/WP12機(jī)型的擰緊。

1.2 設(shè)計(jì)意義

（1）減低員工勞動(dòng)強(qiáng)度，減少裝配人員3人。

（2）提升工序效率，減少操作時(shí)間5秒。

（3）修舊利廢改造，節(jié)約成本約100萬(wàn)元。

2 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和工藝技術(shù)要求，曲柄連桿自動(dòng)把緊單元主要有自動(dòng)盤車單元、線體輥道定位裝置、機(jī)器人擰緊單元組成。

結(jié)構(gòu)采用機(jī)器人帶動(dòng)擰緊軸對(duì)連桿螺栓進(jìn)行擰緊，根據(jù)工藝要求分6次擰緊。

盤車機(jī)構(gòu)完全自行設(shè)計(jì)、加工制作、裝配調(diào)試，并配有615/618機(jī)型檢測(cè)，夾緊定位可靠，滿足機(jī)器人擰緊時(shí)盤車要求。

圖1 連桿自動(dòng)盤車擰緊機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

自動(dòng)盤車單元由立柱、支撐板、十字滑臺(tái)、盤車機(jī)構(gòu)、柴油機(jī)定位壓緊機(jī)構(gòu)幾部分組成，如圖1。

雙立柱與支撐板組成龍門結(jié)構(gòu)跨越輥道線，以斜拉支撐穩(wěn)固其剛性；十字滑臺(tái)由直線導(dǎo)軌、驅(qū)動(dòng)氣缸、氣缸支架、氣缸連接支架組成，實(shí)現(xiàn)X滑臺(tái)的伸出、縮回，Z滑臺(tái)的上升下降。X滑臺(tái)安裝盤車減速機(jī)實(shí)現(xiàn)盤車功能。

WP10/WP12兩種機(jī)型盤車高度的選擇，由Z滑臺(tái)上的調(diào)整螺桿與支撐板上安裝的氣缸、死擋塊和活擋塊實(shí)現(xiàn)。

盤車機(jī)構(gòu)由盤車電機(jī)、花鍵軸、盤車爪、擋盤、信號(hào)盤、彈簧組成，整套裝置安裝于X滑臺(tái)上，滑臺(tái)伸出盤車爪與曲軸連接，信號(hào)盤實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)確認(rèn)，擋盤上的120度均分感應(yīng)塊實(shí)現(xiàn)盤車精準(zhǔn)分度。

柴油機(jī)定位壓緊機(jī)構(gòu)安裝于立柱支撐板上，由主體支架、雙行程氣缸、導(dǎo)柱、壓板和直線軸承組成。通過(guò)雙行程氣缸實(shí)現(xiàn)WP10/WP12機(jī)型兩種高度的壓緊及定位。

線體輥道定位裝置由二次定位板、定位氣缸、氣缸安裝座、定位銷軸、含油軸承、端蓋幾部分組成。實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)托盤的定位功能。

機(jī)器人擰緊單元由ABB機(jī)器人、擰緊軸固定板和擰緊軸組成，擰緊軸固定板實(shí)現(xiàn)擰緊軸的安裝以及與機(jī)器人的連接，見(jiàn)圖2、3。

3 理論設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)行程要求和十字滑臺(tái)行程要求，選用FESTO的DNC-100-350-PPV-A和DNC-50-50-PPV氣缸作為Z滑臺(tái)和X滑臺(tái)的驅(qū)動(dòng)元件。直線導(dǎo)軌HJG-D30×1350和MSA25E-500作為Z滑臺(tái)和X滑臺(tái)的傳動(dòng)部件。

圖2 機(jī)器人位置區(qū)域簡(jiǎn)圖

圖3 ATLAS擰緊軸固定板

柴油機(jī)定位壓緊機(jī)構(gòu)根據(jù)WP10/WP12機(jī)型曲軸裝配中心55mm高度差，選用煙臺(tái)三信定制的CDQ2B63-100的雙行程氣缸作為驅(qū)動(dòng)元件，LM25UU直線軸承作為支撐導(dǎo)向。

擋鐵氣缸選用體積小的帶導(dǎo)向的SMC的CUK25-25D氣缸。其它氣動(dòng)元件選用SMC的VT307-5G-01電磁閥、亞德客4V210-08和4V230C-08電磁閥作為控制元件。

4 工作原理及性能分析

圖4是ABB機(jī)器人擰緊過(guò)程中移動(dòng)的動(dòng)作順序，通過(guò)ABB機(jī)器人自身PLC控制系統(tǒng)與線體及ATLAS擰緊系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)通訊，完成整個(gè)過(guò)程的擰緊動(dòng)作。

在試驗(yàn)調(diào)試時(shí)，對(duì)機(jī)器人程序動(dòng)作調(diào)整，制作樣棒依次對(duì)WP10、WP12兩種機(jī)型的擰緊位置進(jìn)行精調(diào)，保證其重復(fù)擰緊位置可靠。

圖4 連桿螺栓自動(dòng)擰緊系統(tǒng)動(dòng)作順序圖

盤車機(jī)構(gòu)調(diào)試，微調(diào)盤車爪與曲軸定位銷結(jié)合量；根據(jù)刻線標(biāo)記調(diào)整盤車原點(diǎn)及分度位置可靠。WP10/WP12兩種機(jī)型分別調(diào)試，檢驗(yàn)其穩(wěn)定性。

設(shè)備工藝驗(yàn)證、安全驗(yàn)證、擰緊軸扭矩驗(yàn)證等工作，合格后設(shè)備進(jìn)入生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)控階段。跟蹤監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況完善細(xì)節(jié)，操作者保證自檢、批次抽檢工藝和質(zhì)量跟蹤，并作運(yùn)行情況記錄（圖5）。

圖5 改造后效果圖

5 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)采用機(jī)器人帶動(dòng)擰緊軸對(duì)連桿螺栓進(jìn)行擰緊，根據(jù)工藝要求分6次擰緊完畢。

（2）自主設(shè)計(jì)盤車機(jī)構(gòu)，滿足機(jī)器人擰緊時(shí)盤車要求。

（3）自主設(shè)計(jì)擰緊軸固定架，滿足ATLAS擰緊軸裝配要求，完成零部件繪圖、加工以及裝配。

（4）自行調(diào)試機(jī)器人、盤車運(yùn)行程序，并分別對(duì)615、618機(jī)型擰緊，完成擰緊動(dòng)作要求。

（5）機(jī)體壓緊定位系統(tǒng)、托盤定位系統(tǒng)都自行設(shè)計(jì)。

（6）自行完成把緊單元與總裝線體信號(hào)對(duì)接，調(diào)試安裝。

6 推廣應(yīng)用價(jià)值

連桿螺栓擰緊機(jī)單元是自主設(shè)計(jì)開發(fā)制造自動(dòng)盤車機(jī)構(gòu),并首次將機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用連桿螺栓擰緊的應(yīng)用型自動(dòng)擰緊專機(jī)。

項(xiàng)目的實(shí)施不僅提升了生產(chǎn)效率，降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，也保證了產(chǎn)品質(zhì)量，真正實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的過(guò)程保證，達(dá)到了精益生產(chǎn)自動(dòng)化、省人化的要求。項(xiàng)目的實(shí)施為團(tuán)隊(duì)積累了豐富的改造設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為相關(guān)設(shè)備制造廠家提供設(shè)備改造的管理經(jīng)驗(yàn)。

U262.11

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