鐘 毅

（廣州東昇機(jī)械有限公司，廣州 510800）

油底殼是轎車發(fā)動機(jī)的必備部件。因?yàn)檐嚻蟮纳鲜熊囆投嗖捎猛畎l(fā)動機(jī)平臺開發(fā)，所以油底殼的產(chǎn)量非常大。傳統(tǒng)的油底殼沖壓件與放油螺栓組件裝配多采用人工裝配，人員手工使用扭力扳手裝配一個(gè)螺栓，長期作業(yè)容易造成手腕疲勞，且生產(chǎn)效率較慢。同時(shí)，螺栓裝配有嚴(yán)格的扭矩要求，必須依靠定扭扳手作業(yè)。作業(yè)手法不規(guī)范，容易造成品質(zhì)不良。本文簡述企業(yè)為實(shí)現(xiàn)減員增效，降低生產(chǎn)成本，自主研發(fā)了放油螺栓自動裝配設(shè)備，以代替人工作業(yè)，實(shí)現(xiàn)多款油底殼系列產(chǎn)品的柔性化生產(chǎn)。

1 工藝分析

1.1 產(chǎn)品介紹

油底殼總成位于發(fā)動機(jī)曲軸箱的下半部，又稱為下曲軸箱，作用是封閉曲軸箱作為貯油槽的外殼，防止雜質(zhì)進(jìn)入，并收集和儲存由發(fā)動機(jī)各摩擦表面流回的潤滑油，散去部分熱量，防止?jié)櫥脱趸痆1]。當(dāng)車輛更換機(jī)油時(shí)，需要擰下放油螺栓組件，將舊機(jī)油排出。放油螺栓組件由銅墊片和放油螺栓組成，在車輛正常使用保養(yǎng)期間，需要反復(fù)被旋轉(zhuǎn)拆裝，保證密封性，不出現(xiàn)漏機(jī)油現(xiàn)象。油底殼總成安裝圖，如圖1所示。

圖1 油底殼總成安裝圖

1.2 品質(zhì)要求

油底殼沖壓件與放油螺栓組件裝配時(shí)，放油螺栓螺紋規(guī)格為M12，裝配扭矩最大值達(dá)到29.4～39.2 N·m。放油螺栓組件安裝后，螺紋無損傷，銅墊片和放油螺栓根部貼合，滿足氣密設(shè)備檢測要求，確保正常拆裝無漏油現(xiàn)象。

2 設(shè)備簡述

2.1 工作流程

設(shè)備的大致工作流程：手動放置油底殼沖壓件→將放油螺栓組件（銅墊片+放油螺栓）手動旋入1～2圈→啟動開關(guān)→夾頭壓緊工件、旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)→伺服電控螺栓槍自動擰緊螺栓→旋轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)出、夾頭松開工件→手動取下完成品[2]。人工上料和預(yù)擰螺栓與設(shè)備自動擰緊螺栓同步進(jìn)行。

2.2 重要品質(zhì)指標(biāo)

螺栓擰緊后，扭矩應(yīng)為34 N·m，扭矩偏差量不大于4%，不能出現(xiàn)螺紋損傷。銅墊片和放油螺栓貼合，100%保證氣密檢測合格。

2.3 重要功能需求

設(shè)備工作過程中，單個(gè)循環(huán)生產(chǎn)節(jié)拍應(yīng)不大于15 s，同時(shí)滿足多種系列產(chǎn)品的切換生產(chǎn)，區(qū)分相似件的混入，并預(yù)留未來產(chǎn)品的擴(kuò)展功能。設(shè)備擰緊時(shí)，要檢測扭矩異常。設(shè)備自動復(fù)位停止時(shí)，啟動聲光報(bào)警，等待管理人員使用權(quán)限密碼解除報(bào)警后，才能松開夾頭取出異常零件。作業(yè)區(qū)應(yīng)全封閉，阻止人員進(jìn)入。裝件區(qū)應(yīng)確保人員安全，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，如作業(yè)員誤闖裝件區(qū)，設(shè)備必須主動識別并停止，避免造成人員傷害。每個(gè)零件完成扭緊后，設(shè)備生成記錄。記錄內(nèi)容包括生產(chǎn)時(shí)間、生成批次、扭矩?cái)?shù)值、是否合格以及單批次的零件合格數(shù)和不合格數(shù)[3]。

2.4 工作原理

作業(yè)員在裝件區(qū)站立，先安裝工件，將放油螺栓組件手動預(yù)擰入油底殼的螺母孔（1～2圈），啟動設(shè)備，夾頭壓緊工件，轉(zhuǎn)盤將工件轉(zhuǎn)入作業(yè)區(qū)。伺服電控螺栓槍沿軌道平移（不旋轉(zhuǎn)）前進(jìn)，實(shí)施分段旋轉(zhuǎn)裝配，初期快速旋轉(zhuǎn)擰入。接近螺栓擰緊區(qū)間時(shí)，旋進(jìn)速度減緩。達(dá)到規(guī)定扭矩時(shí)，伺服系統(tǒng)感應(yīng)停止，自動反饋扭矩值。此時(shí)，螺栓槍沿軌道平移（不旋轉(zhuǎn)）后退，轉(zhuǎn)盤將工件轉(zhuǎn)回裝件區(qū)，夾頭松開，作業(yè)員取下工件，完成一個(gè)循環(huán)[4]。雙工位轉(zhuǎn)盤可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備擰螺栓時(shí)作業(yè)員同時(shí)裝件，提高了生產(chǎn)效率。設(shè)備結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

2.5 功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）設(shè)備想要滿足多種系列產(chǎn)品的生產(chǎn)，需要切換對應(yīng)的夾具。旋轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)了共用的墊板和快速定位裝置，可縮短夾具安裝時(shí)間。

（2）作業(yè)員將油底殼沖壓件安裝到夾具上，預(yù)擰螺栓，按下啟動開關(guān)。正常情況下，夾頭會翻下壓緊工件。如遇到油底殼沖壓件相似件錯誤混入，作業(yè)員忘記預(yù)擰放油螺栓組件或油底殼沖壓件未放到位等異常情況，夾具上的感應(yīng)器會觸發(fā)異常信號，此時(shí)夾頭不會翻下，設(shè)備啟動聲光報(bào)警，呼叫管理人員。

（3）為保證未來產(chǎn)品生產(chǎn)的可拓展性，伺服電控螺栓槍的槍頭除可安裝現(xiàn)有M12螺栓擰緊接口外，還可切換M10和M16螺栓擰緊接口[5]。

（4）為提高每次旋轉(zhuǎn)的重復(fù)精度，旋轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動器選用了國內(nèi)知名的分割器品牌。旋轉(zhuǎn)盤到位后，設(shè)計(jì)浮動定位銷，運(yùn)用電控和機(jī)械雙重方式，確保重復(fù)定位精度不大于0.5°。

（5）因工件旋轉(zhuǎn)軌跡與螺栓槍裝配位置干涉，螺栓槍需要依靠直線軌道做往復(fù)移動。為提高螺栓槍每次平移的重復(fù)精度，選用HIWIN品牌直線導(dǎo)軌，并設(shè)計(jì)了防塵罩。

（6）為確保扭矩100%符合產(chǎn)品要求，同時(shí)不傷害螺紋，選用伺服電控螺栓槍。此外，螺栓槍頭接口也做了特殊的緩沖設(shè)計(jì)，在裝配過程中采用分段變速扭緊。

（7）為保證作業(yè)安全，配置4級安全光幕和圍欄。當(dāng)人員非正常進(jìn)入設(shè)備工作區(qū)域時(shí)，設(shè)備啟動聲光報(bào)警，并停止生產(chǎn)。

（8）為保證品質(zhì)的異常追溯，設(shè)備配置觸摸屏、存儲器和RS232通信口，用于生產(chǎn)批次、扭矩?cái)?shù)值、異常記錄以及良品數(shù)和不良品數(shù)的記錄和導(dǎo)出。所有記錄可以以EXCEL格式導(dǎo)出，最多可保存3個(gè)月。超出時(shí)間段的數(shù)據(jù)將被新數(shù)據(jù)覆蓋。

3 結(jié)語

轎車油底殼放油螺栓組自動裝配設(shè)備的研究投入，規(guī)避了傳統(tǒng)人工作業(yè)的缺點(diǎn)，減少了人員投入，同時(shí)擺脫了品質(zhì)對人員作業(yè)熟練度和規(guī)范度的依賴，實(shí)現(xiàn)了人工裝配線向自動化裝配線的全面升級。從功能和結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，充分考慮到產(chǎn)品核心的品質(zhì)要求，在結(jié)構(gòu)互換性設(shè)計(jì)、防呆感應(yīng)器的布置、關(guān)鍵元器件的選用、裝配程序的設(shè)定和數(shù)據(jù)的追溯性等方面，集思廣益，反復(fù)研討，最終實(shí)現(xiàn)全部的預(yù)定目標(biāo)。

相比人工擰螺栓工藝，自動擰螺栓工藝生產(chǎn)效率提升了20%。螺栓擰入扭矩值穩(wěn)定，螺紋抽樣檢測均符合要求，達(dá)到了100%無損傷，產(chǎn)品制程能力指數(shù)不小于1.33，后續(xù)氣密檢測結(jié)果100%合格，無不良漏油產(chǎn)生。

本項(xiàng)目的投入具有良好的通用性，可實(shí)現(xiàn)后續(xù)項(xiàng)目相近系列產(chǎn)品的柔性切換，減少了重復(fù)投入，提高了生產(chǎn)效率和品質(zhì)保證度，提升了企業(yè)核心競爭力，對企業(yè)的長足發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。