轎車油底殼放油螺栓組件自動裝配設備的研究

鐘 毅

（廣州東昇機械有限公司，廣州 510800）

油底殼是轎車發(fā)動機的必備部件。因為車企的上市車型多采用同款發(fā)動機平臺開發(fā)，所以油底殼的產(chǎn)量非常大。傳統(tǒng)的油底殼沖壓件與放油螺栓組件裝配多采用人工裝配，人員手工使用扭力扳手裝配一個螺栓，長期作業(yè)容易造成手腕疲勞，且生產(chǎn)效率較慢。同時，螺栓裝配有嚴格的扭矩要求，必須依靠定扭扳手作業(yè)。作業(yè)手法不規(guī)范，容易造成品質(zhì)不良。本文簡述企業(yè)為實現(xiàn)減員增效，降低生產(chǎn)成本，自主研發(fā)了放油螺栓自動裝配設備，以代替人工作業(yè)，實現(xiàn)多款油底殼系列產(chǎn)品的柔性化生產(chǎn)。

1 工藝分析

1.1 產(chǎn)品介紹

油底殼總成位于發(fā)動機曲軸箱的下半部，又稱為下曲軸箱，作用是封閉曲軸箱作為貯油槽的外殼，防止雜質(zhì)進入，并收集和儲存由發(fā)動機各摩擦表面流回的潤滑油，散去部分熱量，防止?jié)櫥脱趸痆1]。當車輛更換機油時，需要擰下放油螺栓組件，將舊機油排出。放油螺栓組件由銅墊片和放油螺栓組成，在車輛正常使用保養(yǎng)期間，需要反復被旋轉(zhuǎn)拆裝，保證密封性，不出現(xiàn)漏機油現(xiàn)象。油底殼總成安裝圖，如圖1所示。

圖1 油底殼總成安裝圖

1.2 品質(zhì)要求

油底殼沖壓件與放油螺栓組件裝配時，放油螺栓螺紋規(guī)格為M12，裝配扭矩最大值達到29.4～39.2 N·m。放油螺栓組件安裝后，螺紋無損傷，銅墊片和放油螺栓根部貼合，滿足氣密設備檢測要求，確保正常拆裝無漏油現(xiàn)象。

2 設備簡述

2.1 工作流程

設備的大致工作流程：手動放置油底殼沖壓件→將放油螺栓組件（銅墊片+放油螺栓）手動旋入1～2圈→啟動開關(guān)→夾頭壓緊工件、旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)→伺服電控螺栓槍自動擰緊螺栓→旋轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)出、夾頭松開工件→手動取下完成品[2]。人工上料和預擰螺栓與設備自動擰緊螺栓同步進行。

2.2 重要品質(zhì)指標

螺栓擰緊后，扭矩應為34 N·m，扭矩偏差量不大于4%，不能出現(xiàn)螺紋損傷。銅墊片和放油螺栓貼合，100%保證氣密檢測合格。

2.3 重要功能需求

設備工作過程中，單個循環(huán)生產(chǎn)節(jié)拍應不大于15 s，同時滿足多種系列產(chǎn)品的切換生產(chǎn)，區(qū)分相似件的混入，并預留未來產(chǎn)品的擴展功能。設備擰緊時，要檢測扭矩異常。設備自動復位停止時，啟動聲光報警，等待管理人員使用權(quán)限密碼解除報警后，才能松開夾頭取出異常零件。作業(yè)區(qū)應全封閉，阻止人員進入。裝件區(qū)應確保人員安全，當設備運行時，如作業(yè)員誤闖裝件區(qū)，設備必須主動識別并停止，避免造成人員傷害。每個零件完成扭緊后，設備生成記錄。記錄內(nèi)容包括生產(chǎn)時間、生成批次、扭矩數(shù)值、是否合格以及單批次的零件合格數(shù)和不合格數(shù)[3]。

2.4 工作原理

作業(yè)員在裝件區(qū)站立，先安裝工件，將放油螺栓組件手動預擰入油底殼的螺母孔（1～2圈），啟動設備，夾頭壓緊工件，轉(zhuǎn)盤將工件轉(zhuǎn)入作業(yè)區(qū)。伺服電控螺栓槍沿軌道平移（不旋轉(zhuǎn)）前進，實施分段旋轉(zhuǎn)裝配，初期快速旋轉(zhuǎn)擰入。接近螺栓擰緊區(qū)間時，旋進速度減緩。達到規(guī)定扭矩時，伺服系統(tǒng)感應停止，自動反饋扭矩值。此時，螺栓槍沿軌道平移（不旋轉(zhuǎn)）后退，轉(zhuǎn)盤將工件轉(zhuǎn)回裝件區(qū)，夾頭松開，作業(yè)員取下工件，完成一個循環(huán)[4]。雙工位轉(zhuǎn)盤可以實現(xiàn)設備擰螺栓時作業(yè)員同時裝件，提高了生產(chǎn)效率。設備結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 設備結(jié)構(gòu)圖

2.5 功能和結(jié)構(gòu)設計

（1）設備想要滿足多種系列產(chǎn)品的生產(chǎn)，需要切換對應的夾具。旋轉(zhuǎn)盤設計了共用的墊板和快速定位裝置，可縮短夾具安裝時間。

（2）作業(yè)員將油底殼沖壓件安裝到夾具上，預擰螺栓，按下啟動開關(guān)。正常情況下，夾頭會翻下壓緊工件。如遇到油底殼沖壓件相似件錯誤混入，作業(yè)員忘記預擰放油螺栓組件或油底殼沖壓件未放到位等異常情況，夾具上的感應器會觸發(fā)異常信號，此時夾頭不會翻下，設備啟動聲光報警，呼叫管理人員。

（3）為保證未來產(chǎn)品生產(chǎn)的可拓展性，伺服電控螺栓槍的槍頭除可安裝現(xiàn)有M12螺栓擰緊接口外，還可切換M10和M16螺栓擰緊接口[5]。

（4）為提高每次旋轉(zhuǎn)的重復精度，旋轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動器選用了國內(nèi)知名的分割器品牌。旋轉(zhuǎn)盤到位后，設計浮動定位銷，運用電控和機械雙重方式，確保重復定位精度不大于0.5°。

（5）因工件旋轉(zhuǎn)軌跡與螺栓槍裝配位置干涉，螺栓槍需要依靠直線軌道做往復移動。為提高螺栓槍每次平移的重復精度，選用HIWIN品牌直線導軌，并設計了防塵罩。

（6）為確保扭矩100%符合產(chǎn)品要求，同時不傷害螺紋，選用伺服電控螺栓槍。此外，螺栓槍頭接口也做了特殊的緩沖設計，在裝配過程中采用分段變速扭緊。

（7）為保證作業(yè)安全，配置4級安全光幕和圍欄。當人員非正常進入設備工作區(qū)域時，設備啟動聲光報警，并停止生產(chǎn)。

（8）為保證品質(zhì)的異常追溯，設備配置觸摸屏、存儲器和RS232通信口，用于生產(chǎn)批次、扭矩數(shù)值、異常記錄以及良品數(shù)和不良品數(shù)的記錄和導出。所有記錄可以以EXCEL格式導出，最多可保存3個月。超出時間段的數(shù)據(jù)將被新數(shù)據(jù)覆蓋。

3 結(jié)語

轎車油底殼放油螺栓組自動裝配設備的研究投入，規(guī)避了傳統(tǒng)人工作業(yè)的缺點，減少了人員投入，同時擺脫了品質(zhì)對人員作業(yè)熟練度和規(guī)范度的依賴，實現(xiàn)了人工裝配線向自動化裝配線的全面升級。從功能和結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，充分考慮到產(chǎn)品核心的品質(zhì)要求，在結(jié)構(gòu)互換性設計、防呆感應器的布置、關(guān)鍵元器件的選用、裝配程序的設定和數(shù)據(jù)的追溯性等方面，集思廣益，反復研討，最終實現(xiàn)全部的預定目標。

相比人工擰螺栓工藝，自動擰螺栓工藝生產(chǎn)效率提升了20%。螺栓擰入扭矩值穩(wěn)定，螺紋抽樣檢測均符合要求，達到了100%無損傷，產(chǎn)品制程能力指數(shù)不小于1.33，后續(xù)氣密檢測結(jié)果100%合格，無不良漏油產(chǎn)生。

本項目的投入具有良好的通用性，可實現(xiàn)后續(xù)項目相近系列產(chǎn)品的柔性切換，減少了重復投入，提高了生產(chǎn)效率和品質(zhì)保證度，提升了企業(yè)核心競爭力，對企業(yè)的長足發(fā)展具有深遠的意義。