發(fā)動機缸蓋機加線一站式隨行托盤的應用

魏森　譚健祥　張觀福

摘 要：發(fā)動機缸蓋型號多、更新?lián)Q代快，便建設了以隨行托盤為主要夾具的生產(chǎn)線，并充分利用隨行托盤的優(yōu)勢，兩種方式定位，一站式使用，數(shù)據(jù)追溯，機械防反，大為提高了生產(chǎn)線的柔性化，本文將從隨行托盤的機械結(jié)構(gòu)、RFID數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和工藝路線來分析隨行托盤的應用性和優(yōu)勢所在。

關鍵詞：發(fā)動機缸蓋加工 柔性化 隨行托盤

在消費者對汽車性能要求越來越高，越來越多樣化的今天，發(fā)動機的性能和型號也多樣化起來，為了應對不同型號，不同類別發(fā)動機的需求，有效節(jié)省項目改造時間，加快產(chǎn)品推出速度，目前，企業(yè)在缸蓋機加線上采用了隨行托盤的方式，高效地進行產(chǎn)品的更新?lián)Q代。

1 隨行托盤簡述

由毛坯到成品的過程中，即工件在生產(chǎn)線上生產(chǎn)時，需要限定其6個自由度，固定其在空間中的位置，從而確保加工、試漏等工序的位置精度，使工件的工序過程滿足產(chǎn)線工藝設計要求，生產(chǎn)出質(zhì)量合格且穩(wěn)定的成品。

企業(yè)采用了隨行托盤的方式，與共用夾具和快換夾具相比，隨行托盤有以下優(yōu)勢：

第一，共用夾具要求產(chǎn)品外型和工藝基準基本保持一致，在產(chǎn)品多樣化的今天，考慮到不同產(chǎn)品之間夾具干涉，需要銷孔設計避讓，或夾具設計時采用快速換銷結(jié)構(gòu)，而隨行托盤僅需托盤定位銷控、定位面和緊固螺紋孔保持相對位置即可，簡化了產(chǎn)品和夾具的設計復雜度;

第二，快換夾具是針對某一鐘型號產(chǎn)品單獨設計的夾具，只對某一種型號的產(chǎn)品適用，在換型生產(chǎn)時，需要重新設計夾具，并更換設備上的夾具，而隨行托盤只需要在產(chǎn)品設計之初，保證其定位和安裝的位置即可，節(jié)省了新增夾具成本和換型時間、人力成本;

此外，隨行托盤帶有RFID（Radio Frequency Identification）芯片，在生產(chǎn)線上每臺設備會讀取芯片中工件的型號、唯一識別碼和上一工序的加工情況，在加工情況合格后，再調(diào)用相應型號的程序，而后進行本道工序的加工和寫入;這能有效杜絕人為參與情況下，手動選擇程序錯誤、工件加工不合格和工件漏工序、跳工序加工情況的發(fā)生;還能實現(xiàn)多種型號產(chǎn)品的混線生產(chǎn)。

2 隨行托盤的結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)分為機械結(jié)構(gòu)和RFID的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

機械結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，首先是共有A和B兩種類型的一面兩銷定位結(jié)構(gòu)，一面兩銷，即一面限定工件在Z軸方向移動，繞著X軸和Y軸轉(zhuǎn)動共三個自由度，圓柱銷限定工件在X軸和Y軸方向移動共兩個自由度，菱形銷限定工件繞Z軸轉(zhuǎn)動一個自由度，合計6個自由度，工件與隨行托盤達成完全定位。一面兩銷結(jié)構(gòu)中，通過四顆M8×1.25的螺栓使用22±2N·M的緊固力矩實現(xiàn)缸蓋與隨行托盤的夾緊，在圖一和圖二中A面和B面上的四顆螺栓分別為A類和B類定位基準的夾緊螺栓。此外，為了最大程度兼容不同型號的缸蓋，降低產(chǎn)品設計兼容性的難度和節(jié)省設計成本，隨行托盤上設計A和B兩種在不同位置和不同高度的一面兩銷定位結(jié)構(gòu)。

其次，裝有隨行托盤的工件在生產(chǎn)線上生產(chǎn)時，為了防止工件流進設備的方向發(fā)生錯誤，會單獨在輥道上增加機械防錯，在沒有隨行托盤的情況下，需要針對當前生產(chǎn)缸蓋型號單獨設計防錯，而采用隨行托盤的方式，如圖3所示，在隨行托盤一側(cè)上增加兩個防反塊，另一側(cè)空著，利用這兩者之間的高度差，在輥道上增加機械防錯擋塊，一勞永逸的解決不同缸蓋型號之間機械防錯的麻煩。

此外，圖4所示隨行托盤的結(jié)構(gòu)，是隨行托盤在CNC夾具上的裝夾狀態(tài)。

夾具通過兩個定位銷和面接觸實現(xiàn)與隨行托盤之間的定位，如圖5所示為隨行托盤上的定位面和銷孔位置;

而后通過四個液壓漲銷夾緊隨行托盤，漲銷位置如圖6所示。

液壓漲銷為錐形斜面，見圖7，當漲出時，隨行托盤會被固定在定位面上，錐形孔如圖8所示;而且液壓漲銷有液壓表顯示數(shù)值，當數(shù)值不在規(guī)定范圍內(nèi)時，機床自動報警，停止加工。

在隨行托盤的左右面有四個機械手定位孔，如圖9所示，圖中顯示其中一面的兩個定位孔，在其背后相同位置還有兩個定位孔。定位孔的設計是用來滿足機械手從輥道或者CNC中抓取、放入隨行托盤的需要。

最后，隨行托盤的中間區(qū)域被設計成圖10所示結(jié)構(gòu)。在缸蓋排氣面加工完并裝到隨行托盤上后，后面清洗工序要清洗排氣面，以去除缸蓋內(nèi)部的切屑液、鋁屑，因此在該位置進行開口設計。

RFID芯片共有兩千字節(jié)，每字節(jié)八位。

在地址50-51輸入工件類型，50-65輸入工件唯一識別碼，160-161記錄工件由哪臺設備加工，162-165記錄工件的加工狀態(tài)，即加工合格件，斷刀件，質(zhì)量檢查件等信息，地址200-949中分別儲存的是每個工位設備加工工件時的時間和加工狀態(tài)信息，每個工位的加工狀態(tài)是判定每個工位設備加工是否合格，是斷刀件還是返修件，而162-165中記錄的加工狀態(tài)是最后加工工件時設備所輸入的信息。

這些信息保存在RFID中，通過輥道上安裝的讀碼頭可讀取信息，判定工件類型和加工狀態(tài)，設備自動允許對應的加工程序或者旁路程序;工廠內(nèi)的通信接口也通過設備實時監(jiān)控到每件工件的加工狀態(tài);遠程連接到公司網(wǎng)絡時，還可以遠程監(jiān)控現(xiàn)場工件的生產(chǎn)狀態(tài)和質(zhì)量情況。

3 工藝路線

缸蓋生產(chǎn)線是基于隨行托盤設計的，一站式的使用隨行托盤是在加工完缸蓋排氣面，即托盤安裝面之后就開始使用，直到加工結(jié)束。

考慮到產(chǎn)品、工藝、測量的一致性，加工托盤安裝面時，是以缸蓋的毛坯基準為定位點，如圖12所示，底面的三點擬合成一個面限定缸蓋三個自由度，確定缸蓋高度方向的基準，側(cè)面的兩點擬合成一條線限定缸蓋兩個自由度，其中一點確定缸蓋寬度方向的基準，對稱式的兩點限定缸蓋一個自由度，確定缸蓋長度方向的基準。

其后，如圖13所示，對關鍵尺寸的加工，即產(chǎn)品幾何特征要求高的加工部位，與產(chǎn)品圖紙基準保持一致，加工時，隨行托盤與機床夾具完成定位、夾緊，然后使用探針探測基準孔的位置后，計算誤差擬合進CNC程序中進行加工;對缸蓋上其它一般特征，均是使用隨行托盤的基準完成加工，然后使用產(chǎn)品基準完成對工件的測量，以讓加工完的工件符合產(chǎn)品圖紙要求。

在這里面，所有加工設備、清洗設備、壓裝設備、擰緊設備的定位和夾緊，均是使用隨行托盤，可避免因不同定位夾緊設備而產(chǎn)生的定位誤差，在不同設備之間設置的機械防錯也簡化為利用隨行托盤設計的防反裝置即可，且對不同型號的缸蓋而言，避免了重新設計夾具，降低了改造時設備兼容的難度。

在RFID的循環(huán)使用上，在安裝隨行托盤工位，RFID被設備寫入當前工件的識別碼、加工狀態(tài)，這些信息是通過前一工位的通信接口傳輸?shù)桨惭b隨行托盤工位中;隨后，芯片一直被不同工位的設備讀出寫入信息，當工件由前一工位加工的合格工件時，當前工位才能加工，這能杜絕斷刀件、加工不合格件、漏工序加工件流入加工。

到拆隨行托盤工位時，RFID芯片會被設備讀取信息到企業(yè)內(nèi)部服務器保存后重置，這些RFID芯片將隨著AGV小車回到托盤安裝工位重新和工件安裝。

4 小結(jié)

缸蓋機加線采用隨行托盤的方式進行定位夾緊，是特別有利于多品種機型共線生產(chǎn)和生產(chǎn)線改造升級的。如對不同型號缸蓋之間，只需改動CNC的NC程序，而無需對CNC的夾具進行更改，對行架機械手而言，對不同型號缸蓋的改造也僅需改動軟件部分，對導管座圈壓裝機，也主要改動其程序即可。這讓項目改造的時間大為縮短，兼容多品種機型的難度也大為降低。

也是特別利于零件追溯，工件在生產(chǎn)線上的信息均可通過讀取RFID得到，且通過RFID能實現(xiàn)不同型號的共線生產(chǎn)。

對新產(chǎn)品的試制工作也可由隨行托盤裝夾進行試制，時間成本和金錢成本都大幅降低。

參考文獻：

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