發(fā)動(dòng)機(jī)混裝線擰緊防錯(cuò)技術(shù)應(yīng)用

陶勇偉

(江鈴汽車(chē)股份有限公司，江西 南昌 330000)

傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工具大多采用氣動(dòng)擰緊工具和未增加防錯(cuò)功能的電動(dòng)擰緊工具裝配發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓，氣動(dòng)擰緊工具扭矩過(guò)程中無(wú)傳感器裝置監(jiān)控扭矩，容易造成虛假力矩產(chǎn)生，同時(shí)無(wú)實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)力矩輸出，螺栓最終的擰緊質(zhì)量無(wú)法保證；氣動(dòng)擰緊工具和未增加防錯(cuò)功能的電動(dòng)擰緊工具需要依靠人工對(duì)螺栓擰緊次數(shù)計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，作業(yè)者經(jīng)常會(huì)因錯(cuò)誤操作或遺忘而發(fā)生失誤。為了滿足CC及SC關(guān)鍵特性要求工位或?qū)纫蟾叩臄Q緊工位，應(yīng)采用精度更高的擰緊工具，同時(shí)與現(xiàn)代裝配線上其它控制設(shè)備通訊充分發(fā)揮電動(dòng)擰緊設(shè)備防錯(cuò)功能，防止螺栓漏裝、錯(cuò)裝，同時(shí)識(shí)別裝配過(guò)程中質(zhì)量缺陷螺栓，防止螺栓錯(cuò)裝、多裝、漏裝及螺栓力矩衰減，確保螺栓裝配質(zhì)量，達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)零缺陷裝配要求。

1 螺栓擰緊質(zhì)量控制策略

螺栓擰緊扭矩控制策略主要有：扭矩控制法、扭矩轉(zhuǎn)角控制法、屈服點(diǎn)控制法、伸長(zhǎng)量控制法等4種。針對(duì)江鈴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓力矩控制方式主要運(yùn)用的有扭矩控制法和扭矩轉(zhuǎn)角控制法。

扭矩控制法：直接施加在螺栓的力矩，通過(guò)螺紋產(chǎn)生夾緊力把連接件夾緊，旋轉(zhuǎn)螺母或螺絲使螺桿受力伸長(zhǎng)，螺桿伸長(zhǎng)產(chǎn)生的夾緊力把連接件夾緊。

扭矩角度控制法：先將螺栓擰至產(chǎn)品規(guī)定扭矩，再?gòu)拇伺ぞ亻_(kāi)始，擰一個(gè)產(chǎn)品規(guī)定的轉(zhuǎn)角。扭矩轉(zhuǎn)角控制法的關(guān)鍵就是確定轉(zhuǎn)角，當(dāng)轉(zhuǎn)角被確定后就可以獲得相當(dāng)高的精度。

針對(duì)CC及SC項(xiàng)螺栓，通常會(huì)采用力矩轉(zhuǎn)角法控制，該擰緊方式的優(yōu)勢(shì)可以增加螺栓利用率，比如為了產(chǎn)品輕量化或由于產(chǎn)品空間受限等因素，使用小一號(hào)螺栓通過(guò)擰緊提高利用率以達(dá)到大號(hào)螺栓的夾緊力要求；應(yīng)對(duì)連接件摩擦系數(shù)不穩(wěn)定及零部件來(lái)料一致性不穩(wěn)定等因素，采用該擰緊方式可以達(dá)到螺栓需求的夾緊力要求。在工具選型及配置上通常會(huì)考慮擰緊軸及增加工具扭力臂輔助裝置的擰緊槍以確保螺栓擰緊質(zhì)量。

2 擰緊程序防錯(cuò)

2.1 擰緊程序調(diào)用方式

根據(jù)小藍(lán)汽油機(jī)裝配工藝原理要求，所有工位發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓擰緊程序是由工位控制程序調(diào)用，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)托盤(pán)進(jìn)入裝配線工位后，PLC通過(guò)識(shí)別發(fā)動(dòng)機(jī)托盤(pán)上RFID信息獲取產(chǎn)品型號(hào)以判斷JMC G501系列和FORD G502系列機(jī)型，PLC調(diào)用對(duì)應(yīng)機(jī)型的擰緊程序并發(fā)使能給工位擰緊工具，觸發(fā)擰緊工具執(zhí)行擰緊任務(wù)；擰緊工具收到PLC命令后工具控制器會(huì)顯示程序號(hào)并結(jié)合工位HMI屏顯示操作內(nèi)容，指導(dǎo)操作人員操作擰緊工具，擰緊工具完成每個(gè)過(guò)程任務(wù)按工藝制定順序逐一反饋給工位PLC，PLC具有螺栓擰緊合格的計(jì)數(shù)功能，在滿足工藝要求的條件下PLC判斷合格，發(fā)動(dòng)機(jī)才會(huì)合格放行至下一個(gè)工位，保證工位不漏擰及多擰發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓。針對(duì)離線工位，掃描不同機(jī)型二維碼PLC調(diào)用對(duì)應(yīng)機(jī)型擰緊程序，執(zhí)行完擰緊任務(wù)后，擰緊工具自動(dòng)鎖住工具，由員工再次執(zhí)行掃碼動(dòng)作后，擰緊工具會(huì)進(jìn)行下一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配任務(wù)；當(dāng)工位出現(xiàn)擰緊不合格時(shí)，擰緊槍會(huì)被自動(dòng)鎖住，需按HMI上解鎖按鈕解鎖擰緊槍反松出螺栓重新擰緊。普通螺栓擰緊共有3次擰緊機(jī)會(huì)(帶膠螺栓及裝配規(guī)范要求除外)，當(dāng)出現(xiàn)3次擰緊不合格時(shí)，PLC不再發(fā)使能給擰緊工具，PLC直接判定工位不合格，發(fā)動(dòng)機(jī)不合格下線。

2.2 擰緊程序防錯(cuò)

擰緊工具自帶程序防錯(cuò)功能，使用擰緊工具時(shí)通常需要將這些功能激活，這樣才可以充分發(fā)揮擰緊工具的程序防錯(cuò)功能。常見(jiàn)且實(shí)用的功能有：擰緊工具開(kāi)啟并激活螺栓重復(fù)擰緊報(bào)警(防止合格信號(hào)被占用造成其他螺栓漏擰、保護(hù)螺栓)、擰緊槍扳機(jī)提前松手報(bào)警(防止產(chǎn)生虛假扭矩)、程序計(jì)數(shù)功能(防止螺栓多擰、漏擰)、角度及力矩上下限監(jiān)控功能(提高擰緊質(zhì)量及過(guò)程監(jiān)控)等、運(yùn)用這些防錯(cuò)功能可以幫助操作人員消除操作過(guò)程中因不正當(dāng)操作或錯(cuò)誤操作導(dǎo)致的螺栓漏擰、擰緊不到位等擰緊質(zhì)量問(wèn)題。

裝配針對(duì)扭矩控制法擰緊螺栓，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品裝配規(guī)范手冊(cè)已明確扭矩上下限作為力矩監(jiān)控窗口，同時(shí)結(jié)合收集角度數(shù)據(jù)利用3Sigma準(zhǔn)則確定上下限作為角度的監(jiān)控窗口；針對(duì)扭矩轉(zhuǎn)角法控制的螺栓，按發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品裝配規(guī)范角度上下限作為角度監(jiān)控窗口，通過(guò)收集扭矩?cái)?shù)據(jù)利用3Sigma準(zhǔn)則確定上下限作為扭矩的監(jiān)控窗口；結(jié)合工具自帶防錯(cuò)功能，可實(shí)現(xiàn)螺栓擰緊過(guò)程的檢測(cè)及監(jiān)控報(bào)警。

擰緊程序通常會(huì)考慮多步擰緊方式，手持式擰緊槍一般分2步擰緊，擰緊軸可根據(jù)裝配規(guī)范要求及生產(chǎn)實(shí)際情況設(shè)置擰緊步驟；分步擰緊可以更清楚了解擰緊每個(gè)過(guò)程中的細(xì)節(jié)、提前識(shí)別擰緊過(guò)程零部件質(zhì)量問(wèn)題及消除擰緊過(guò)程中的應(yīng)力防止螺栓力矩出現(xiàn)衰減，確保最終的螺栓擰緊質(zhì)量。

3 擰緊數(shù)據(jù)收集及統(tǒng)計(jì)

整線工位的擰緊數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)曲線由每個(gè)工位阿特拉斯擰緊控制器本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)發(fā)給阿特拉斯服務(wù)器，阿特拉斯服務(wù)器再將數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)力矩時(shí)間曲線、角度時(shí)間曲線、力矩角度曲線發(fā)給QualityWorX服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)擰緊數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)曲線的收集、追溯及統(tǒng)計(jì)分析。在QualityWorX系統(tǒng)里可以看到發(fā)動(dòng)機(jī)序列號(hào)、生產(chǎn)時(shí)間、擰緊數(shù)據(jù)(扭矩/角度)、擰緊狀態(tài)(OK/NOK)、力矩時(shí)間曲線、角度時(shí)間曲線、力矩角度曲線等。工程師通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)及曲線的分析，可以進(jìn)一步了解各生產(chǎn)時(shí)間段工具的運(yùn)行情況、零部件來(lái)料狀態(tài)等，同時(shí)可以進(jìn)一步優(yōu)化擰緊程序及增加程序防錯(cuò)功能以達(dá)到識(shí)別過(guò)程中的缺陷問(wèn)題，提高工位FTT。

4 結(jié)語(yǔ)

螺栓在裝配中的作用不可或缺，擰緊質(zhì)量決定產(chǎn)品質(zhì)量，為保證產(chǎn)品質(zhì)量和減少員工操作上的出錯(cuò)率，我們首先會(huì)把擰緊程序的參數(shù)優(yōu)化及監(jiān)控功能完善，同時(shí)結(jié)合線體控制程序的通信及互鎖來(lái)增加防錯(cuò)的可靠性；通過(guò)歷史數(shù)據(jù)及曲線，可以了解當(dāng)前零部件及操作工作業(yè)狀態(tài)并預(yù)判未來(lái)的趨勢(shì)，可以制定預(yù)防措施，使制造過(guò)程的管理水平不斷推向新的高度；通過(guò)歷史數(shù)據(jù)及曲線，我們可以持續(xù)完善和優(yōu)化過(guò)程參數(shù)及防錯(cuò)程序，使程序防錯(cuò)效果進(jìn)一步提升。