發(fā)動機(jī)主軸承蓋螺栓擰緊機(jī)的柔性化生產(chǎn)分析

劉 洪

（廣州市嘉特斯機(jī)電制造有限公司，廣東廣州510850）

0 引言

作為汽車的動力心臟，一臺合格的汽油或柴油發(fā)動機(jī)要持續(xù)不斷地輸出動力，將每一次活塞運(yùn)動轉(zhuǎn)換為機(jī)械傳動，就少不了曲軸的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)動力輸出，因此曲軸的配合間隙和螺栓固定至關(guān)重要。

每一個主軸承蓋螺栓是否擰緊合格都關(guān)系到汽車動力輸出是否正常，而隨著汽車車型的增加，因為成本高以及人員、產(chǎn)房設(shè)備、產(chǎn)能問題，又不能每款發(fā)動機(jī)都單獨使用一條獨立的生產(chǎn)線生產(chǎn)，因此混線生產(chǎn)不可避免，于是一臺對應(yīng)多機(jī)種的發(fā)動機(jī)主軸承蓋螺栓擰緊機(jī)為適應(yīng)不同位置的螺栓就必須能實現(xiàn)變距。為了保障變距的順利和準(zhǔn)確性，就少不了先進(jìn)的伺服系統(tǒng)。同時，擰緊每一顆螺栓的動力也由簡單的扭力輸出變?yōu)樗欧Q緊軸，具有先進(jìn)的扭力和角度控制功能，并能將擰緊數(shù)據(jù)傳輸給工控機(jī)存儲，再由工控機(jī)上傳給整個生產(chǎn)系統(tǒng)管理服務(wù)器，以便對每一臺發(fā)動機(jī)的每一個螺栓數(shù)據(jù)進(jìn)行實時跟蹤。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

基于柔性化生產(chǎn)，發(fā)動機(jī)主軸承蓋螺栓擰緊機(jī)主要構(gòu)成包括設(shè)備基體、變距機(jī)構(gòu)、擰緊系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。設(shè)備采用龍門式主框架結(jié)構(gòu)（跨生產(chǎn)線），包括龍門式本體平臺、工件舉升定位機(jī)構(gòu)、工件插銷定位機(jī)構(gòu)、設(shè)備防護(hù)機(jī)構(gòu)及其他配件等。要求設(shè)備基體所有的安全門必須安裝安全門鎖。

2 變距機(jī)構(gòu)

舉升定位機(jī)構(gòu)及插銷定位機(jī)構(gòu)采用氣缸驅(qū)動，采用直線導(dǎo)軌的形式；其余所有變距機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)+絲桿+直線導(dǎo)軌的形式實現(xiàn)。擰緊機(jī)6支擰緊軸分為IN、EX兩側(cè)擰緊變距機(jī)構(gòu)（圖1），每側(cè)各3支擰緊軸，3支擰緊軸可沿X軸方向（線體流動方向）同步變距（兩側(cè)軸與曲軸中心的距離保持相等）。要求各擰緊軸能實現(xiàn)Y方向（水平面、垂直于線體方向）單獨變距，同時所有擰緊軸能實現(xiàn)Z軸方向（豎直方向）整體變距。

3 擰緊系統(tǒng)

設(shè)備安裝有6套（不含擰緊系統(tǒng)備件）擰緊系統(tǒng)（圖2），每套擰緊系統(tǒng)均包含擰緊軸、控制器、通信電纜、電源、永久擰緊系統(tǒng)軟件使用權(quán)限及其他擰緊系統(tǒng)正常運(yùn)行所需部件。

擰緊系統(tǒng)技術(shù)要求如下：

（1）擰緊軸精度要求：力矩為±3%N·m，角度為±1°，CPK值要求達(dá)到需方規(guī)格值范圍（≥1.33）。

圖1 伺服變距機(jī)構(gòu)

圖2 擰緊機(jī)總體布局圖

（2）擰緊軸能實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)扭矩控制，并具備角度控制功能。

（3）擰緊軸帶有擰緊數(shù)據(jù)（扭矩值、角度值）輸出端口，具備對擰緊數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲的功能，預(yù)設(shè)計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)接口。

（4）擰緊軸套筒單元：包括套筒快速接頭，數(shù)量為8套。

4 電氣控制系統(tǒng)

主要包括電柜（配備空調(diào)）、PLC控制系統(tǒng)、控制面板（由觸摸屏和控制箱構(gòu)成）、狀態(tài)顯示面板、安全器件、條形碼掃描系統(tǒng)、工控機(jī)、RFID系統(tǒng)等，要求如下：

（1）PLC I/O端口預(yù)留兩個以上的擴(kuò)展槽；

（2）PLC與其他裝置（如觸摸屏）的通信不能占用CPU本體自帶通信口，并預(yù)留至少一個空余以太網(wǎng)絡(luò)接口；

（3）PLC系統(tǒng)與擰緊系統(tǒng)通過CC-LINK進(jìn)行通信連接；

（4）設(shè)備電氣控制系統(tǒng)統(tǒng)一安裝在控制電柜內(nèi)，電柜要求配置散熱空調(diào)，柜內(nèi)配有AC 220 V兩孔及三孔電源插座，方便筆記本電腦等外部用電設(shè)備使用，并有筆記本支架、文件盒；

（5）配備工控機(jī)，擰緊結(jié)果數(shù)據(jù)通過擰緊系統(tǒng)在工控機(jī)顯示，并形成數(shù)據(jù)文件、故障代碼文件等，文件以“aezzc”命名，一個文件容量大小為100M，當(dāng)文件滿100M時，自動生成下一個文件，文件名在后面加1，即“aezzc1”，再下一文件即“aezzc2”，以此類推，所有擰緊數(shù)據(jù)要求永久性保存。

5 電氣控制/擰緊數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)技術(shù)要求

（1）設(shè)備帶有自動掃描槍，工件到位后對發(fā)動機(jī)號碼進(jìn)行掃描，然后保存發(fā)動機(jī)號碼及其對應(yīng)的擰緊結(jié)果，以便追溯管理（以Excel格式的報表保存，內(nèi)容形式：日期+時間+發(fā)動機(jī)號碼+擰緊數(shù)據(jù)+判斷結(jié)果），保存文件的名稱遵循規(guī)定要求。

（2）設(shè)備帶有RFID數(shù)據(jù)串口及讀取設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸統(tǒng)一采用CC-LINK形式，配置RFID讀取頭、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲等硬件，設(shè)備出廠時該功能必須達(dá)到能實現(xiàn)使用RFID硬件完成發(fā)動機(jī)號碼信息自動讀取并與擰緊結(jié)果數(shù)據(jù)配套存儲到系統(tǒng)追溯管理數(shù)據(jù)庫中的要求。

（3）設(shè)備能監(jiān)控所有信號狀態(tài)，發(fā)生報警時記錄故障類型，在人機(jī)界面能查詢最近10次報警記錄，在工控機(jī)中能查詢所有的歷史報警記錄，所有報警信息（報警時間、報警類型、異常信號、報警時長等）以Excel格式存儲在工控機(jī)中。

6 機(jī)型識別要求

（1）機(jī)型對比識別：舉升定位機(jī)構(gòu)上設(shè)有機(jī)種檢測機(jī)構(gòu)，采用4個接近開關(guān)的組合檢測各機(jī)種基準(zhǔn)夾具凹凸位，以實現(xiàn)區(qū)分。

（2）防錯功能要求：根據(jù)零件外形差異，設(shè)置機(jī)型區(qū)分防錯功能。

7 單次循環(huán)動作

前工位上料并檢測托盤姿態(tài)→工件到位并檢測工件有無→氣缸舉升托盤脫離輥道→氣缸驅(qū)動插銷壓緊滑臺機(jī)構(gòu)下降，定位基準(zhǔn)夾具→機(jī)種識別（檢測基準(zhǔn)夾具凹凸位并根據(jù)工件外形差異區(qū)分機(jī)種）→根據(jù)機(jī)型，自動切換擰緊軸的X、Y向間距→同時擰緊機(jī)構(gòu)Z向伺服電機(jī)驅(qū)動擰緊機(jī)構(gòu)下降到位→擰緊軸依次擰緊主軸承蓋螺栓→擰緊機(jī)構(gòu)上升，自動切換擰緊軸的Y向間距→同時Z向擰緊機(jī)構(gòu)再次下降到位→擰緊軸再次擰緊主軸承蓋螺栓→擰緊OK，擰緊機(jī)構(gòu)上升，插銷壓緊滑臺機(jī)構(gòu)上升，阻擋氣缸放行，工件進(jìn)入下一工位；擰緊NG，自動報警，阻擋氣缸放行，工件進(jìn)入返修工位進(jìn)行返修→下一循環(huán)。

8 結(jié)語

放眼當(dāng)前，主軸承蓋擰緊機(jī)正由半自動設(shè)備向全自動設(shè)備邁進(jìn)，本文所述設(shè)備滿足小于35 s/臺的節(jié)拍要求，但要做到無螺栓無預(yù)擰且滿足節(jié)拍要求，就要設(shè)計十軸主軸承蓋螺栓擰緊機(jī)，并追加螺栓自動上料機(jī)，以實現(xiàn)對應(yīng)多機(jī)種的全自動伺服變距柔性化生產(chǎn)，并做到全程無人操作。在生產(chǎn)批量大、多機(jī)種混線生產(chǎn)的背景下，全面實現(xiàn)生產(chǎn)的無人化、自動化、智能化、柔性化，符合工業(yè)4.0的發(fā)展要求，故而在一次性投資許可的情況下，采用主軸承蓋螺栓擰緊機(jī)正是大勢所趨。