電動(dòng)裝置總成柔性裝配線工藝研究

韓 松

揚(yáng)州電力設(shè)備修造廠有限公司 江蘇揚(yáng)州 225003

目前，國(guó)內(nèi)外電動(dòng)裝置行業(yè)發(fā)展快速，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，涉及領(lǐng)域也從發(fā)電、冶金、給排水等公共行業(yè)，拓展到核電、石化、軍工等精密行業(yè)。質(zhì)量和生產(chǎn)成本是電動(dòng)裝置的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力方面起決定性作用［1-4］。降低成本，保證性能，并提升電動(dòng)裝置質(zhì)量，已成為各生產(chǎn)廠家及終端客戶的追求［5］。

筆者所研究的電動(dòng)裝置總成柔性裝配線從立項(xiàng)到交付使用，并能批量生產(chǎn)，歷時(shí)2年，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)定目標(biāo)要求。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

電動(dòng)裝置總成主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)矩控制機(jī)構(gòu)、行程控制機(jī)構(gòu)、手切換機(jī)構(gòu)、手動(dòng)組件、接線部件和操作罩蓋部件等組成，如圖1所示。

2 生產(chǎn)條件

現(xiàn)有車間場(chǎng)地為東西方向長(zhǎng)50 m、南北方向?qū)?5 m的一跨廠房，利用現(xiàn)有場(chǎng)地進(jìn)行電動(dòng)裝置總成柔性裝配線的布局設(shè)計(jì)，以滿足裝配及檢測(cè)各工藝過程的設(shè)備安裝，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各工位物料的自動(dòng)輸送和線邊物料配送等功能，保證產(chǎn)品質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)作業(yè)效率。

3 關(guān)鍵技術(shù)

利用專用設(shè)備和工裝安裝軸承和密封件，保證裝配質(zhì)量和使用功能。電動(dòng)裝置總成中的滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承起支撐回轉(zhuǎn)零部件的作用，密封件則起保護(hù)回轉(zhuǎn)潤(rùn)滑密封和防漏的作用，對(duì)于保證旋轉(zhuǎn)部件工作的可靠性、傳動(dòng)效率、精度、承載能力及工作壽命等都起著關(guān)鍵性作用。因此，在批量上線裝配過程中，合理選擇軸承和密封件的裝配方法，保證裝配質(zhì)量和裝配精度，是設(shè)計(jì)中需要解決的關(guān)鍵問題［6］。

圖1 電動(dòng)裝置總成

利用自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，保證蝸輪蝸桿傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩的裝調(diào)可靠性。電動(dòng)裝置總成不但要滿足運(yùn)行的基本性能和功能，而且要保證在不同環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。如果蝸輪蝸桿傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩功能失效，將會(huì)直接導(dǎo)致電動(dòng)裝置甚至閥門損壞。在電動(dòng)裝置總成裝配完成后，必須對(duì)轉(zhuǎn)矩功能進(jìn)行100%檢測(cè)。傳統(tǒng)的檢測(cè)方式是靠人工使用專用工具進(jìn)行檢測(cè)并調(diào)整，直到滿足技術(shù)要求，操作方式復(fù)雜，效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度高，準(zhǔn)確性差。如何實(shí)現(xiàn)電動(dòng)裝置性能和功能的自動(dòng)檢測(cè)，提高作業(yè)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，是需要解決的關(guān)鍵工藝技術(shù)難點(diǎn)。

通過對(duì)電控組件進(jìn)行功能檢控，可以保證電動(dòng)裝置就地、遠(yuǎn)方或總線控制的可靠性［7-8］。電動(dòng)裝置的電控組件相當(dāng)于人的大腦，一旦功能失效，電動(dòng)裝置就好像成了植物人，不能正常按指令運(yùn)行。目前對(duì)電控組件的功能檢查都是依靠人工按操作步驟進(jìn)行，如果出現(xiàn)步驟遺漏或跳步等問題，功能失效的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)增大，因此人為因素對(duì)其影響較大。如何實(shí)現(xiàn)可靠的電控組件功能檢控，降低風(fēng)險(xiǎn)，保證控制功能的可靠性，也是需要解決的關(guān)鍵工藝技術(shù)難點(diǎn)。

通過對(duì)傳動(dòng)配合位置精度的調(diào)整，使傳動(dòng)達(dá)到最優(yōu)與效率最高。傳動(dòng)部件的配合尺寸有公差范圍，公差的累積會(huì)影響配合精度，如嚙合、等高和同軸等。如果配合精度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，電動(dòng)裝置在運(yùn)行過程中就會(huì)出現(xiàn)傳動(dòng)效率低、有異聲、易損壞等問題。如何方便調(diào)整傳動(dòng)配合的位置精度，達(dá)到設(shè)計(jì)最優(yōu)要求，是電動(dòng)裝置正常運(yùn)行的重要條件［9-10］。

采用輔助專機(jī)，可方便電動(dòng)裝置總成的裝配和調(diào)試，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率。輔助專機(jī)有自動(dòng)擰緊機(jī)、自動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)、自動(dòng)氣密性機(jī)、自動(dòng)加油機(jī)、自動(dòng)拆螺絲機(jī)、機(jī)器人等。

4 工藝設(shè)計(jì)目標(biāo)

工藝設(shè)計(jì)目標(biāo)的重點(diǎn)如下：結(jié)合裝配線，制訂電動(dòng)裝置裝配的工位和工序；實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)檢測(cè)電動(dòng)裝置的性能和功能；解決裝配和調(diào)試過程中自動(dòng)裝夾、自動(dòng)對(duì)接和自動(dòng)翻轉(zhuǎn)等關(guān)鍵技術(shù)。最終實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是：數(shù)值化控制作業(yè)、掃碼裝配和調(diào)試，保證產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)的可追溯性和質(zhì)量問題的可分析性，提升產(chǎn)品質(zhì)量，并提高產(chǎn)能，規(guī)范物料配送，同時(shí)使設(shè)備操作安全可靠。

4.1 自動(dòng)抓取并安裝軸承與密封件

在裝配過程中，軸承和密封件不能損傷且需保持清潔，安裝過程中位置要準(zhǔn)確。采用專用設(shè)備和工裝，既保證了壓裝位置精度，又消除了人為作業(yè)所產(chǎn)生的損傷和污染，同時(shí)保證了軸承和密封件的裝配質(zhì)量，提高了產(chǎn)品的整體水平。軸承與密封件安裝分別如圖2、圖3所示。

圖2 軸承安裝

圖3 密封件安裝

4.2 自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備

性能和功能的可靠是保障電動(dòng)裝置正常運(yùn)行的必要條件，必須100%進(jìn)行檢測(cè)。采用測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行電動(dòng)裝置在線自動(dòng)檢測(cè)，系統(tǒng)軟件應(yīng)按照流程實(shí)現(xiàn)一鍵式操作。按照程序設(shè)定好的順序，逐一測(cè)試。測(cè)試合格后，進(jìn)行下一步測(cè)試。測(cè)試完每一項(xiàng)，均應(yīng)記錄數(shù)據(jù)，確保在故障情況下能實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)，并可以切換到手動(dòng)操作。測(cè)試系統(tǒng)采用分布式測(cè)試系統(tǒng)，各測(cè)試臺(tái)為單個(gè)數(shù)據(jù)采集單元，采用單獨(dú)的數(shù)據(jù)采集控制模塊對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理。各測(cè)試單元測(cè)試數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)連接，傳送至大屏幕實(shí)時(shí)顯示，并傳送至上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行保存和處理。采用模塊化設(shè)計(jì)，將各個(gè)數(shù)據(jù)采集單元模塊整體集成，自留網(wǎng)絡(luò)接口，測(cè)試系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)相連。自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)如圖4所示。

4.3 柔性化裝配作業(yè)

電動(dòng)裝置總成柔性裝配線需滿足八種型號(hào)產(chǎn)品的裝配作業(yè)，裝配線的托盤、夾具和工具品種較多，而且還要根據(jù)生產(chǎn)訂單的需要隨時(shí)切換裝配品種。因此，在新的工藝設(shè)計(jì)中，必須考慮以上問題，滿足品種切換方便、工件裝夾便捷、存儲(chǔ)占用空間最小化和制造成本最低化的要求。通過反復(fù)研究和優(yōu)化，決定托盤采用增加過渡盤的方式，統(tǒng)一與線體的連接接口；夾具采用活塊式，可根據(jù)工件的形狀差異進(jìn)行調(diào)整；工具采用分級(jí)和分段的方式，將八種型號(hào)產(chǎn)品總成相類似的工序提前進(jìn)行統(tǒng)計(jì)規(guī)劃，盡量在相同工位上使用相同的工具。

圖4 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

4.4 利用輔助專機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)

電動(dòng)裝置總成柔性裝配線利用機(jī)器人進(jìn)行上下料操作和裝配，保證裝配總成的位置精度要求。利用自動(dòng)擰緊機(jī)進(jìn)行各類連接螺栓的擰緊作業(yè)，保證擰緊力矩。利用自動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)代替人工翻轉(zhuǎn)作業(yè)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。利用自動(dòng)氣密性機(jī)和自動(dòng)加油機(jī)，提高工作效率。輔助專機(jī)的使用，能更好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)的設(shè)計(jì)要求，達(dá)到提升產(chǎn)品質(zhì)量的目標(biāo)。

4.5 信息捆綁、讀取和追溯

電動(dòng)裝置總成柔性裝配線在每個(gè)托盤上安裝射頻識(shí)別卡，同時(shí)在必要的工位配置掃描槍和讀寫頭，將裝配人員信息和零件裝配信息等與裝配件進(jìn)行有效捆綁，實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息的追溯。在裝配作業(yè)過程中，將所有需要的裝配信息都保存到射頻識(shí)別卡中。在每個(gè)作業(yè)工位設(shè)置顯示屏，顯示屏顯示當(dāng)前作業(yè)的工藝要求，提醒操作者完成裝配作業(yè)，如圖5所示。

圖5 作業(yè)工位顯示屏

5 物流與工位器具的設(shè)計(jì)

在電動(dòng)裝置總成裝配工藝設(shè)計(jì)中，物流及工位器具也是重點(diǎn)之一。要求充分利用現(xiàn)有場(chǎng)地，最大化實(shí)現(xiàn)物料的定量化上線，通過工位器具準(zhǔn)確輸送零部件上線，盡可能滿足操作者在生產(chǎn)作業(yè)中能以最近距離拿取工件，減少作業(yè)中扭轉(zhuǎn)取工件的作業(yè)方式。對(duì)連接螺栓、彈性墊片、擋圈等批量性標(biāo)準(zhǔn)件物料，按照品種單件需求數(shù)量，采用設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)料盒進(jìn)行裝載，直接放置到工位器具中。操作人員在各自的作業(yè)工位可近距離拿取標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行裝配，提高了作業(yè)效率。定量配送物料的方式可以杜絕裝配作業(yè)過程中的錯(cuò)裝和漏裝，提高品種裝配的保障能力。對(duì)質(zhì)量達(dá)到5 kg的零件，均采用機(jī)械手臂進(jìn)行吊裝作業(yè)，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

通過工藝分析及論證，在新裝配線工藝設(shè)計(jì)中，電動(dòng)裝置總成柔性裝配線實(shí)現(xiàn)了蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)矩控制機(jī)構(gòu)、行程控制機(jī)構(gòu)、手切換機(jī)構(gòu)、手動(dòng)組件、接線部件和操作罩蓋部件等的分裝再輸送上線功能。工藝實(shí)施后，提高了裝配線的作業(yè)效率，減少了主裝配作業(yè)區(qū)的物料存放及轉(zhuǎn)運(yùn)。將部件所需的物料在各自的分裝區(qū)進(jìn)行集中定置擺放，有效利用場(chǎng)地空間，實(shí)現(xiàn)物料定置、定量和物流順暢的目標(biāo)。

通過對(duì)物料工位器具擺放及物料上線方式的設(shè)計(jì)管控，實(shí)現(xiàn)了定時(shí)定量的物料配送，減小了物流運(yùn)行成本，降低了裝配現(xiàn)場(chǎng)的制品數(shù)量，進(jìn)而降低了生產(chǎn)成本。

新的電動(dòng)裝置總成柔性裝配線列入生產(chǎn)序列投入使用后，作業(yè)人員均可在兩步以內(nèi)完成物料的拿取，操作者可以在個(gè)人的作業(yè)工位上直立便捷地取用物料，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了生產(chǎn)效率。

6 結(jié)束語

新裝配工藝設(shè)計(jì)在電動(dòng)裝置總成柔性裝配線上的成功應(yīng)用，有效解決了電動(dòng)裝置總裝過程中的技術(shù)難點(diǎn)，降低裝配過程中操作者的作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度。裝配質(zhì)量達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均100%合格，采用系統(tǒng)數(shù)據(jù)使工藝參數(shù)可追溯，采用制造執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行遠(yuǎn)程作業(yè)控制，提高了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的管控水平。