螺釘?shù)亩螖Q緊與扭矩的控制

寇舒

摘 要 螺釘擰緊是裝配流水線中最常用的工藝。一般都是通過控制螺釘扭矩來實現(xiàn)螺釘擰緊裝配。本文以一個汽缸蓋的螺釘裝配為例闡述四螺釘擰緊機的設(shè)計和應(yīng)用情況。該螺釘機只用一個氣馬達(dá)實現(xiàn)螺釘兩次擰緊，精確控制螺釘扭矩，實現(xiàn)幾個螺釘?shù)耐瑫r擰緊。

關(guān)鍵詞 氣馬達(dá) 扭矩 兩次擰緊 同步擰緊

中圖分類號：TH69 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

隨著國內(nèi)工業(yè)的發(fā)展，裝配流水線越來越多。作為一條裝配流水線，最常用到的應(yīng)該是螺釘?shù)难b配。最原始的螺釘裝配是用手工工具擰螺釘，后來借助一些氣動或電動工具裝配，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展現(xiàn)今主要用自動機擰緊。相對來說用自動機擰緊效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，在實際應(yīng)用中也用得較多。

螺釘?shù)臄Q緊實際上是一個比較復(fù)雜的過程，我們在應(yīng)用中主要控制的是螺釘?shù)膲壕o力，但由于沒法實時檢測壓緊力，就通過實驗手段得到需要壓緊力下的扭矩。用螺釘?shù)呐ぞ刈鳛槁葆敂Q緊的控制目標(biāo)。對于一些高精度的螺釘裝配，都要求進(jìn)行螺釘扭矩的控制。

1存在的問題

在本文所用到的裝配線上有多處涉及有扭矩控制的螺釘裝配，尤其是汽缸蓋螺釘?shù)臄Q緊，由于缸體較薄，容易產(chǎn)生變形，如果安裝的四個螺釘擰緊有快慢的情況下更加突出。在最早的裝配中，我們在工藝上規(guī)定了兩次擰緊，要進(jìn)行先預(yù)緊，再最終擰緊。我們采用手動工具擰緊，要求操作工按照左上、右下、右上、左下順序進(jìn)行先預(yù)緊后擰緊操作。隨著產(chǎn)量的提高，手工擰緊已經(jīng)越來越不適應(yīng)生產(chǎn)的需要，同時，手工擰緊扭矩的控制精度較低，往往會超出我們的工藝要求，造成較多的下線返修。后來制作了一臺擰緊專機，從使用情況看，由于它改變了兩次擰緊的工藝，采用了一次擰緊，雖然提高擰緊速度，但卡死情況卻多了，同時由于氣馬達(dá)之間的相互影響，扭矩控制偶爾也超差。

2改進(jìn)措施

在所有的控制方式中，一馬達(dá)兩次擰緊技術(shù)是扭矩控制精度和擰緊同步性較好的一種，同時這種方式也是比較廉價的一種。

所謂兩次擰緊就是把裝配過程分兩次進(jìn)行，第一次進(jìn)行預(yù)緊，擰到最終扭矩的1/2或更低，第二次擰到最終扭矩，這在裝配中是比較常見的。常規(guī)的做法是把螺釘裝配機做成兩臺，第一臺預(yù)緊，第二臺最終擰緊。這樣一來投資增加了一倍，往往不被絕大多數(shù)企業(yè)采納。但如果做成一臺機器一次擰緊，對裝配一個螺釘沒有關(guān)系，對需要同時裝配多個螺釘、螺釘擰緊的一致性和同步性要求較高場合，往往需要采購昂貴的數(shù)控電動螺刀才能實現(xiàn)。

根據(jù)氣動馬達(dá)的輸出扭矩跟工作壓力是成正比的工作原理，設(shè)計了一臺四螺釘擰緊機，扭矩調(diào)節(jié)的方法就是讓氣馬達(dá)先工作在低壓下實現(xiàn)預(yù)緊，再工作在高壓下最終擰緊。

3案例分析

以一個汽缸蓋的螺釘裝配為例闡述四螺釘擰緊機的設(shè)計和應(yīng)用情況。該汽缸蓋上面有四個螺釘，四個螺釘扭矩要求為8.5-10Nm，同步擰緊的要求較高，否則會帶來汽缸體和汽缸蓋的變形，導(dǎo)致活塞的卡死。根據(jù)這些要求我們選用了UNRY 的60LF氣馬達(dá)，該馬達(dá)工作壓力到5Kgf/cm2時，扭矩達(dá)到10.5Nm，轉(zhuǎn)速為720RPM，滿足我們螺釘最終擰緊扭矩要求。選用FESTO 3/4三聯(lián)件作為第一次擰緊的總氣源處理器，用3/8三聯(lián)件作為第二次擰緊單把馬達(dá)的氣源處理器，第一次擰緊采用FESTO3/4氣控閥，第二次擰緊采用FESTO1/4電磁閥，查流量都能滿足要求。

下面簡要敘述一下氣路的動作，首先EV1動作，驅(qū)動3/4氣控閥動作進(jìn)行第一次擰緊，此時進(jìn)入氣馬達(dá)的氣源壓力為1.5 Kgf/cm2。馬達(dá)在旋轉(zhuǎn)時和停止時馬達(dá)進(jìn)口壓力不同，壓力傳感器檢測到第一次擰緊已經(jīng)停止，切斷EV1，稍延時后EV2-5動作，馬達(dá)進(jìn)行第二次擰緊，同樣由壓力傳感器檢測馬達(dá)是否已經(jīng)停轉(zhuǎn)。馬達(dá)檢測到停轉(zhuǎn)信號，延時后切斷EV2-5，完成整個擰緊過程。第二次擰緊的壓力由需要的扭矩確定，我們根據(jù)工件要求的扭矩確定在5Kgf/cm2左右，同時根據(jù)四把馬達(dá)的狀態(tài)稍微有所不同。

4、結(jié)語

我們通過實踐實現(xiàn)了一馬達(dá)兩次擰緊，取得了預(yù)期的效果，扭矩控制精度大大提高、螺釘實現(xiàn)同步擰緊、擰緊后變形量小、卡死下線率顯著下降。同時并沒有提高投資成本。但是，我們也看到，一馬達(dá)兩次擰緊對馬達(dá)、氣路要求較高，控制要求也高，實現(xiàn)相對較困難，適用于要求比較特殊的場合，比如本文所講的汽缸蓋擰緊（同步性要求較高、扭矩要求高）等。在一般場合并不建議使用。

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