發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋壓裝擰緊智能化設(shè)備

韓 冰

（上海通彩機(jī)器人有限公司，上海 000000）

近幾年我國的汽車行業(yè)飛速發(fā)展，國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和制造水平突飛猛進(jìn)，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)量也迅速增長，隨著推進(jìn)實(shí)施“中國制造2025”，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)升級(jí)，新一代全自動(dòng)智能汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)加工生產(chǎn)線也隨之出現(xiàn)。發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋油道是整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)的重要部分，保證潤滑油充足的供應(yīng)到潤滑點(diǎn)，鋼球的壓裝質(zhì)量直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的潤滑；水套是利用冷卻液循環(huán)帶走發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒產(chǎn)生的多余熱量，保證發(fā)動(dòng)機(jī)高效工作，碗形塞壓裝及螺堵擰緊是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的重要組成。鋼球、碗形塞壓裝及螺堵擰緊自動(dòng)化裝配設(shè)備屬于發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋機(jī)械加工生產(chǎn)線輔機(jī)部分，在機(jī)械加工生產(chǎn)線屬于重要環(huán)節(jié)。該設(shè)備全部采用機(jī)器人搬運(yùn)定位；傳感器監(jiān)測(cè)質(zhì)量，全過程監(jiān)控保證質(zhì)量穩(wěn)定可靠同時(shí)節(jié)約人力。

該設(shè)備由以下幾大模塊組成：①輸送輥道、②檢測(cè)組件、③中轉(zhuǎn)臺(tái)、④擰緊組件、⑤上料系統(tǒng)、⑥壓裝組件、⑦機(jī)器人組件、⑧涂膠系統(tǒng)。根據(jù)工件的工藝要求對(duì)以上組件合理布局。

圖1整體布局圖

（1）輸送輥道包括來料輥道、下料輥道和剔料輥道。輥道采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，鏈條傳動(dòng)動(dòng)力，滾輪采用包膠工藝防止碰傷工件。輥道根據(jù)缸蓋形狀配有導(dǎo)向裝置、工件精準(zhǔn)檔停裝置、工件規(guī)整裝置、舉升裝置等，從而保證缸蓋精確地流轉(zhuǎn)姿態(tài)和舉升插銷定位后機(jī)器人高精度抓取。剔料輥道為不合格品下線輥道，所有工位判別的不合格品會(huì)記錄傳遞至MES系統(tǒng)，輥道出料口擺放顯示屏，人工處理不合格品時(shí)屏幕會(huì)顯示不合格信息供操作者判斷和分類。

（2）檢測(cè)組件是由多組直徑較小氣缸組成，目的是檢測(cè)工件鋼球孔、碗塞孔、螺紋孔是否漏加工、有異物等，防止孔沒有正確加工或者孔內(nèi)有異物導(dǎo)致后序壓裝擰緊過程中出現(xiàn)工件和設(shè)備損壞問題。檢測(cè)過程中機(jī)器人抓取至工作位，所有氣缸伸出，氣缸伸出位傳感器信號(hào)有則孔合格可以繼續(xù)流轉(zhuǎn)；若無信號(hào)則剔除。

（3）中轉(zhuǎn)臺(tái)為了保證機(jī)器人抓取工件姿態(tài)滿足工序要求所以帶有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由標(biāo)準(zhǔn)氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)組成。中轉(zhuǎn)臺(tái)并且具有自動(dòng)切換定位銷功能，實(shí)現(xiàn)多品種自動(dòng)切換，中轉(zhuǎn)臺(tái)配有高精度定位銷，定位銷配有斷銷檢測(cè)和落銷氣動(dòng)檢測(cè)，采用SMC氣動(dòng)位置傳感器精確檢測(cè)出工件是否到位，保證加工精度。

（4）擰緊組件主要部件是擰緊軸、升降組件及上料組件，工作流程是機(jī)器人抓取工件至擰緊位插銷平衡擰緊扭矩，上料組件準(zhǔn)備物料至擰緊軸套筒上方并壓緊，擰緊軸啟動(dòng)認(rèn)帽程序，成功認(rèn)帽后上料機(jī)構(gòu)退出，擰緊軸上升至工作位擰緊。擰緊軸目前主要采購 Atlas Copco、Cooper、Bosch、Desoutter等品牌，采用轉(zhuǎn)角監(jiān)視的扭矩控制策略，能夠識(shí)別螺紋交錯(cuò)、墊圈缺失、螺栓斷裂、螺栓尺寸偏大、螺栓質(zhì)量較低等問題，能發(fā)現(xiàn)重復(fù)擰緊的螺栓，監(jiān)控扭矩大于目標(biāo)扭矩或者監(jiān)控轉(zhuǎn)角大于目標(biāo)轉(zhuǎn)角擰緊軸會(huì)停止作業(yè)，峰值扭矩大于最小扭矩小于最大扭矩并且最終轉(zhuǎn)角大于最小轉(zhuǎn)角小于最大轉(zhuǎn)角此時(shí)判定合格，輸出合格報(bào)告。

（5）上料系統(tǒng)采用振動(dòng)盤根據(jù)工件獨(dú)有特征使工件按照需要姿態(tài)排列，缺料及滿料是由傳感器精確檢測(cè)反饋提示，物料倉具有防錯(cuò)功能。當(dāng)需要補(bǔ)料時(shí)操作者用手持式二維碼掃描槍先掃描物料倉二維碼，然后掃描物料包裝袋上二維碼，兩碼一致物料倉門自動(dòng)打開，否則報(bào)警提示，從而實(shí)現(xiàn)防呆防錯(cuò)。

（6）壓裝組件中包含伺服壓機(jī)、伺服壓機(jī)變位組件、壓頭組件和反支撐組件，機(jī)器人抓取工件準(zhǔn)確定位至反支撐組件此位置用來平衡伺服壓機(jī)壓力，上料機(jī)構(gòu)上料后伺服壓機(jī)帶動(dòng)壓頭壓裝。伺服壓機(jī)主要采購博世力士樂、奇石樂Kistler等品牌，伺服壓機(jī)系統(tǒng)具有高重復(fù)精度，最佳移動(dòng)速度，最大程度地減少意外停機(jī)，提高機(jī)器利用率，從而提高整個(gè)生產(chǎn)過程的生產(chǎn)率，集成的傳感器能高精度連續(xù)采集和評(píng)估力、位移、轉(zhuǎn)角、扭矩等數(shù)據(jù)，從而確保100%質(zhì)量控制。最終輸出力和位移曲線并且存儲(chǔ)至工控機(jī)及MES系統(tǒng)中。本設(shè)計(jì)方案中采用一個(gè)伺服壓機(jī)，通過伺服電機(jī)絲桿螺母結(jié)構(gòu)帶動(dòng)伺服壓機(jī)變換位置，切換不同壓頭滿足不同型號(hào)鋼球及碗形塞的壓裝。

（7）機(jī)器人組件主要包含機(jī)器人和夾爪工裝，機(jī)器人主要采購KUKA、ABB、FANUC等廠家，夾爪根據(jù)工件特征設(shè)計(jì)夾具，配合雄克氣動(dòng)夾爪保證夾緊工件，夾爪上采用基恩士高精位置傳感器，當(dāng)機(jī)器人在搬運(yùn)及精準(zhǔn)定位壓裝時(shí)會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)控工件位置，工件位置有變動(dòng)時(shí)機(jī)器人會(huì)報(bào)警停機(jī)從而保證裝配精度、防護(hù)生產(chǎn)設(shè)備損壞。

（8）涂膠系統(tǒng)是把厭氧膠涂在工件碗形塞孔和螺堵孔內(nèi)壁，作用是壓入或擰緊后保證缸蓋良好的密封性。涂膠系統(tǒng)主要包含涂膠設(shè)備、變位伸縮組件、相機(jī)視覺檢測(cè)組件。涂膠設(shè)備采購樂泰涂膠系統(tǒng)其包含儲(chǔ)膠灌、膠閥、甩膠器。膠灌將膠水加壓輸送到膠閥位置，膠閥能精確定量向碗形膠杯中供膠。工作流程是甩膠器通過氣缸移動(dòng)至工作位，膠杯剛好進(jìn)入被涂工件孔內(nèi)壁，此時(shí)甩膠器高速旋轉(zhuǎn)，膠閥打開精確供膠，膠水通過膠杯的徑向小孔均勻的甩到孔壁上。涂膠后甩膠器通過氣缸收回，此時(shí)相機(jī)拍照，進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，檢查涂膠形狀，有無斷膠情況。

工件生產(chǎn)時(shí)序：工件左側(cè)流入工位→機(jī)器人左一抓取檢測(cè)→機(jī)器人左一抓取涂膠→機(jī)器人左一抓取壓裝→機(jī)器人左一放置中轉(zhuǎn)臺(tái)→機(jī)器人左二抓取涂膠→機(jī)器人左二抓取壓裝→機(jī)器人左二抓取擰緊→機(jī)器人左二放置中轉(zhuǎn)臺(tái)→機(jī)器人左三抓取擰緊→機(jī)器人左三放置下料輥道→工件右側(cè)流出，設(shè)計(jì)過程中平衡機(jī)器人工作量，保證節(jié)拍最少。此設(shè)備可以兼容四種產(chǎn)品，無需人工切換，可根據(jù)來料二維碼自動(dòng)切換工裝并且跟蹤二維碼，二維碼數(shù)據(jù)和壓裝數(shù)據(jù)、擰緊數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)至工控機(jī)。設(shè)備采用機(jī)器人搬運(yùn)及定位，柔性較高，也有利于后期增加產(chǎn)品種類的設(shè)備改造。

設(shè)備為新一代發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋機(jī)加工生產(chǎn)線輔機(jī)，設(shè)備采用先進(jìn)的伺服壓機(jī)、擰緊軸、機(jī)器人、光纖對(duì)射傳感器、色差傳感器、高精度位移傳感器、視覺傳感器、圖像讀碼器等先進(jìn)設(shè)備，智能判別工件種類切換工裝，采集記錄生產(chǎn)信息，自動(dòng)判別不合格品，真正的做到機(jī)械生產(chǎn)智能 化、無人化。這是向“中國制造2025”目標(biāo)發(fā)展的真實(shí)寫照。