張曉紅

（中國重汽集團(tuán)大同齒輪有限公司， 山西 大同 037000）

引言

隨著工業(yè)自動(dòng)化、智能化的發(fā)展，大量工業(yè)機(jī)器人被應(yīng)用在了變速器裝配線上。機(jī)器人與電動(dòng)擰緊軸的完美組合，既提高了螺栓的裝配效率，又保證了螺栓的裝配質(zhì)量。同時(shí)，由于自動(dòng)擰緊螺栓機(jī)構(gòu)能夠更好地保證裝配產(chǎn)品的一致性，通過對(duì)裝配后異常產(chǎn)品的層層剖析，可發(fā)現(xiàn)一些設(shè)計(jì)或加工上的失誤，能夠起到防錯(cuò)作用。

1 機(jī)器人自動(dòng)擰緊螺栓機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)

機(jī)器人自動(dòng)擰緊螺栓機(jī)構(gòu)主要由機(jī)器人、伺服機(jī)構(gòu)、電動(dòng)擰緊軸、電動(dòng)擰緊軸組成，如圖1 所示。在機(jī)器人第六軸上固定了一套伺服機(jī)構(gòu)，在伺服機(jī)構(gòu)上安裝兩根電動(dòng)擰緊軸，其中電動(dòng)擰緊軸相對(duì)于機(jī)器人第六軸固定不動(dòng)，電動(dòng)擰緊軸通過伺服機(jī)構(gòu)作用可以沿絲杠移動(dòng)。該機(jī)構(gòu)用于自動(dòng)擰緊變速器后殼體連接螺栓，一次可同時(shí)擰緊兩條螺栓，這樣設(shè)計(jì)的目的一方面為保證生產(chǎn)節(jié)拍，另一方面由于螺栓分布面積較大，為避免螺栓在擰緊過程中由于受力不均而導(dǎo)致的扭矩衰減。

2 螺栓擰緊程序設(shè)計(jì)中存在的問題

機(jī)器人自動(dòng)擰緊螺栓機(jī)構(gòu)用于對(duì)變速器后殼體連接螺栓的擰緊，共擰緊22 條螺栓，每次擰緊2 條，分11 次擰緊，螺栓擰緊順序如圖2，即：序號(hào)①②螺栓同時(shí)擰緊，然后序號(hào)③④螺栓，以此類推。螺栓擰緊扭矩工藝要求為41～51 N·m，經(jīng)大量測量試驗(yàn)，將自動(dòng)擰緊程序動(dòng)態(tài)擰緊扭矩設(shè)置為50 N·m，測得的靜態(tài)扭矩也均可保證在工藝要求范圍之內(nèi)。

現(xiàn)場質(zhì)量員在對(duì)使用機(jī)器人自動(dòng)擰緊螺栓機(jī)構(gòu)擰緊的螺栓進(jìn)行抽檢時(shí)發(fā)現(xiàn)，②位置螺栓扭矩不在扭矩技術(shù)要求范圍之內(nèi)，且偏小嚴(yán)重。

圖1 機(jī)器人自動(dòng)擰緊螺栓機(jī)構(gòu)

圖2 螺栓擰緊順序示意圖

3 尋找問題根源

3.1 擰緊順序是否不合理

為排除擰緊順序?qū)Β谖恢寐菟ㄅぞ仄〉挠绊?，將? 對(duì)螺栓與第2 對(duì)螺栓擰緊順序更換，即先擰序號(hào)③④螺栓，再擰序號(hào)①②螺栓，圖2 標(biāo)號(hào)，測得②位置螺栓扭矩仍不足。再次將螺栓擰緊順序徹底改變，依次擰緊順序?yàn)?7○18○、19○20○、⑤⑥、21○22○、15○16○、13○14○、11○12○、⑨⑩、⑦⑧、③④、①②如圖2 標(biāo)號(hào)，測得②位置處螺栓扭矩超出扭矩要求下限，偏小嚴(yán)重，由此初步判斷為，與螺栓擰緊順序可能無關(guān)。

3.2 機(jī)構(gòu)本身的擰緊精度是否存在問題

按照?qǐng)D2 標(biāo)識(shí)的擰緊順序擰緊，在第一次（即：只擰緊位置①②螺栓）擰緊結(jié)束后，按下機(jī)構(gòu)停止按鈕，立即對(duì)①②位置螺栓擰緊扭矩進(jìn)行測量，測得②位置螺栓扭矩在工藝要求范圍之內(nèi)，且使用該機(jī)構(gòu)擰緊螺栓的還有另外一款變速器A，與目前這款變速器在所擰緊螺栓處的結(jié)構(gòu)基本類似，A 款變速器無螺栓扭矩不足的現(xiàn)象，由此可排除機(jī)構(gòu)本身精度的問題。將A 款變速器與目前變速器后殼體部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比，目前這款變速器在擰緊后殼體連接螺栓前需擰緊一堵塞（圖2 中Ⅰ處所示），擰緊扭矩要求為130 N·m，現(xiàn)場使用手持電動(dòng)擰緊軸按要求扭矩緊固。懷疑點(diǎn)有兩處：

1）擰緊堵塞過程中，后殼體相對(duì)中殼體位置發(fā)生了旋轉(zhuǎn)。后殼體與中殼體之間有兩個(gè)定位銷，后殼體定位銷孔尺寸為Φ18（+0.018，0），定位銷尺寸為Φ18（+0.018，+0.007）。為驗(yàn)證后副箱相對(duì)中殼體是否發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行了兩種試驗(yàn)：第一，將堵塞與后殼體連接螺栓擰緊順序更換，即先擰緊后殼體連接螺栓，再擰緊堵塞，未發(fā)現(xiàn)有扭矩不足的螺栓；第二，先擰緊堵塞，用銅棒敲擊后副箱，特別是堵塞處及先前扭矩不足螺栓處，選擇位置②⑤⑥17○18○等處，手工預(yù)先擰入幾條螺栓，目的是想校正后殼體相對(duì)中殼體位置發(fā)生的旋轉(zhuǎn)。然后，按照?qǐng)D2 標(biāo)識(shí)順序擰緊后殼體連接螺栓，位置②處螺栓扭矩不足。針對(duì)后殼體相對(duì)中殼體位置是否發(fā)生了旋轉(zhuǎn)的這個(gè)疑問，只想到了上述兩個(gè)驗(yàn)證方法，于是，又進(jìn)行了如下設(shè)想。

2）擰緊堵塞時(shí)，后殼體相對(duì)中殼體位置發(fā)生了翹起。為了驗(yàn)證后殼體相對(duì)中殼體是否發(fā)生了翹起，進(jìn)行了1 種試驗(yàn)：不安裝濾網(wǎng)，直接安裝堵塞，使用手持電動(dòng)擰緊軸按要求扭矩緊固，然后按照?qǐng)D1 擰緊順序擰緊后副箱螺栓，未發(fā)現(xiàn)有扭矩不足的螺栓。變速器后殼體堵塞處結(jié)構(gòu)如圖3，濾網(wǎng)1 安裝在后殼體孔中，然后安裝平墊2 和堵塞3，最終堵塞螺紋擰入殼體螺紋孔中。

為了進(jìn)一步證明后殼體相對(duì)中殼體位置發(fā)生了翹起這個(gè)現(xiàn)象，現(xiàn)場對(duì)相關(guān)零件尺寸進(jìn)行了測量，測量值如表1 所示。測量得10 組數(shù)據(jù)，其中有9 組數(shù)據(jù)顯示堵塞和平墊的高度之和均大于濾網(wǎng)端面到殼體孔的深度，因此得出，在擰緊堵塞的過程中，堵塞端面與濾網(wǎng)端面會(huì)干涉，會(huì)導(dǎo)致后殼體相對(duì)中殼體位置發(fā)生翹起。

圖3 變速器后殼體堵塞處結(jié)構(gòu)圖

表1 測量值匯總表

4 結(jié)論

經(jīng)過大量現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用機(jī)器人自動(dòng)擰緊螺栓機(jī)構(gòu)擰緊的螺栓，在正常情況下，無論是動(dòng)態(tài)扭矩還是靜態(tài)扭矩，扭矩一致性都非常好。如果有異常情況發(fā)生，通過多方面排查，有可能是零件加工或設(shè)計(jì)方面的缺陷導(dǎo)致，使用該機(jī)構(gòu)除了能夠提高螺栓的裝配效率和質(zhì)量，同時(shí)也使產(chǎn)品其他方面的質(zhì)量問題更加容易顯現(xiàn)，能夠起到防錯(cuò)作用。