淺談帶有冷卻裝置和低成本快換接口的高精度擰緊槍

薛飛，支文駿，秦利剛

（上汽大眾汽車(chē)有限公司，上海 201805）

1 發(fā)明背景

缸蓋三線的AF370工序是手動(dòng)擰緊缸蓋排氣面螺栓的工位，如圖1所示。按照工藝需使用高精度擰緊槍?zhuān)凑?4n/m的扭矩要求，擰緊4個(gè)螺栓。擰緊槍能力恰只能滿(mǎn)足原規(guī)劃40s節(jié)拍，由于產(chǎn)能提升至30s節(jié)拍后，該工位操作工反映，生產(chǎn)3h左右，該擰緊槍能力不足導(dǎo)致發(fā)燙，無(wú)法握上去，如停下散熱，節(jié)拍將重新降至40s，如果繼續(xù)強(qiáng)行使用，由于電機(jī)溫度過(guò)高，擰緊槍會(huì)很快發(fā)生故障，甚至燒壞電機(jī)。儼然，AF370已經(jīng)成為缸蓋分裝的瓶頸工位，如需徹底解決該問(wèn)題，需要新增自動(dòng)擰緊站或者增加1臺(tái)相同手動(dòng)擰緊工位（按照AF370設(shè)備原值約50萬(wàn)元），2把擰緊槍交替使用，才能避免擰緊槍過(guò)熱。同時(shí)，原有擰緊槍主軸與螺栓擰緊工具的連接方式是通過(guò)擰緊槍主軸上的彈子（彈性銷(xiāo)）實(shí)現(xiàn)，如圖2所示，即擰緊槍主軸前部是一個(gè)凸起的方身，開(kāi)有1個(gè)橫向的階梯孔，內(nèi)部有階梯軸型的彈子、彈簧、堵頭等組成的彈性銷(xiāo)結(jié)構(gòu)。螺栓擰緊工具底部有1個(gè)方的凹槽，垂直凹槽的兩側(cè)開(kāi)有通孔。安裝螺栓擰緊工具時(shí)，先將螺栓擰緊工具的方型凹槽對(duì)準(zhǔn)擰緊槍主軸上的方身。螺栓擰緊工具上的方型凹槽側(cè)面的圓孔對(duì)齊螺栓擰緊槍主軸方身上橫向彈子的方向，將方身插入方孔內(nèi)，在螺栓擰緊工具的擠壓作用下彈子被壓縮，當(dāng)擰緊工具上的橫向孔與彈子位置對(duì)齊時(shí)，彈子在彈簧力的作用下彈出，如圖3所示，插入在擰緊工具上的橫向孔內(nèi)，正常使用擰緊槍時(shí)，擰緊工具對(duì)彈子產(chǎn)生的橫向剪切作用，會(huì)使彈子產(chǎn)生斷裂。這樣就需要拿回原供應(yīng)商廠家更換擰緊槍主軸才能修復(fù)。同時(shí)，高精度擰緊槍還是保障螺栓扭矩的重要工具。修復(fù)后必須到有資質(zhì)的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)標(biāo)定。因此修復(fù)周期長(zhǎng)、成本高。

圖1 現(xiàn)有技術(shù)的擰緊槍

圖2 現(xiàn)有擰緊槍主軸與螺栓擰緊工具的連接方式剖面圖

圖3 現(xiàn)有擰緊槍主軸與螺栓擰緊工具的連接方式等軸側(cè)圖

2 現(xiàn)有技術(shù)中已有解決方案及弊端

2.1 現(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)擰緊槍過(guò)熱的解決方案及存在的缺點(diǎn)

（1）更換功率更大的擰緊槍?zhuān)瑴p少擰緊槍電機(jī)過(guò)載量。但該方案會(huì)增加擰緊槍的成本，同時(shí)，大功率擰緊槍體積大、重量重，會(huì)增加操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）同一工位安裝2把擰緊槍?zhuān)话咽褂眠^(guò)熱后立即切換另一把。但該方案會(huì)增加擰緊槍的成本。同時(shí)，不便于區(qū)分缸蓋的螺栓到底是由哪一把擰緊槍擰緊的，一旦擰緊槍扭矩有問(wèn)題不便于追溯。

2.2 現(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)擰緊槍彈子容易斷裂的解決方案存在的缺點(diǎn)

培訓(xùn)操作工輕拿輕放工具的習(xí)慣，避免敲擊擰緊工具。但正常使用過(guò)程依然會(huì)產(chǎn)生一定的沖擊，不能從根本上解決擰緊槍彈子容易斷裂的技術(shù)問(wèn)題。

3 發(fā)明實(shí)質(zhì)內(nèi)容

發(fā)明一種帶有冷卻裝置和低成本快換接口的高精度擰緊槍?zhuān)▽?zhuān)利受理號(hào)202121523376.2），其特征為在現(xiàn)有技術(shù)的高精度擰緊槍基礎(chǔ)上增加1套擰緊槍電機(jī)冷卻裝置和1種擰緊工具的快換連接方式。

電機(jī)冷卻裝置具體結(jié)構(gòu)及使用過(guò)程如下：

（1）連接關(guān)系，如圖4所示，件1螺栓擰緊工具通過(guò)銷(xiāo)、橡膠圈與件10擰緊槍主軸方身連接。件2消音排氣閥與件3散熱器上殼體的排氣口連接，消音排氣閥可以減少壓縮空氣排放時(shí)候的噪音。件3散熱器上殼體與件11散熱器下殼體通過(guò)件4螺栓、螺母連接，該散熱器殼體由導(dǎo)熱性良好、密度低的鋁合金制作。件5水箱蓋通過(guò)螺紋與件8水箱的加水口連接。件6螺紋散熱片套在擰緊槍電機(jī)外側(cè)。件7螺紋型吸水材料包覆在件6螺紋散熱片外。件7螺紋型吸水材料與件9毛細(xì)管連接，能通過(guò)毛細(xì)原理把水箱中的水吸附到件7螺紋型吸水材料上，如圖5所示。

圖4 等軸側(cè)剖面圖

圖5 散熱器各組成部分

（2）冷卻系統(tǒng)工作過(guò)程，如圖6所示，擰緊槍電機(jī)的熱量傳導(dǎo)到件6螺紋散熱片表面。將壓縮空氣管接入件3散熱器上殼體處的進(jìn)氣口，并通入壓縮空氣。件9毛細(xì)管將件8水箱中的水吸附到件7螺紋型吸水材料表面。壓縮空氣沿著件3散熱器上殼體、件11散熱器下殼體的螺旋槽流動(dòng)，促使件7螺紋型吸水材料表面的冷卻水快速氣化，帶走件6螺紋散熱片表面的熱量實(shí)現(xiàn)對(duì)擰緊槍電機(jī)降溫。散熱箱體上有吊環(huán)，可以與平衡器連接減輕擰緊槍的重量，也可以與協(xié)作機(jī)器人連接實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的螺栓擰緊。每個(gè)班次需向散熱器殼體上的水箱內(nèi)注入冷卻水。

圖6 冷卻系統(tǒng)工作過(guò)程圖

（3）低成本的工具快換接口，如圖7所示。

圖7 低成本的工具快換接口工程圖

擰緊槍主軸的方身上開(kāi)設(shè)1個(gè)與方身面垂直的橫向孔，擰緊槍的環(huán)形防護(hù)邊上開(kāi)有銷(xiāo)通過(guò)孔。擰緊螺栓工具底部的方型凹槽垂直面開(kāi)有圓形通孔，在擰緊螺栓工具對(duì)應(yīng)彈子位置的圓柱表面開(kāi)有圓弧形的環(huán)槽。該工具快換接口在更換螺栓擰緊工具時(shí)，螺栓擰緊工具的方槽套在擰緊槍方身外，銷(xiāo)從擰緊槍的環(huán)形防護(hù)邊上開(kāi)設(shè)的銷(xiāo)通過(guò)孔內(nèi)插入，并連接螺栓擰緊工具和擰緊槍主軸。橡膠圈套入到螺栓擰緊工具的圓弧環(huán)形槽內(nèi)，防止銷(xiāo)從孔內(nèi)脫落，如圖8所示。

圖8 安裝有橡膠圈和無(wú)橡膠圈的螺栓擰緊工具示意圖及安裝在擰緊槍上的示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)物圖如圖9所示，通過(guò)自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)并制作了與擰緊槍配套的壓縮空氣循環(huán)散熱箱，直接安裝在擰緊槍上，同時(shí)，面板集成了手動(dòng)開(kāi)關(guān)按鈕，避免了能源浪費(fèi)，外觀美觀、使用便捷環(huán)保，散熱功能已得到生產(chǎn)部門(mén)的高度認(rèn)可。低成本的螺栓擰緊工具快換接口，大幅降低了擰緊槍的維修成本。

圖9 實(shí)物圖

（1）節(jié)約每年因擰緊槍過(guò)熱而產(chǎn)生的備件費(fèi)用6.8萬(wàn)元。

（2）提升了近10s的節(jié)拍。

（3）提高了人機(jī)工程效率，保障了操作工的安全。

（4）已將成功案例推廣至AF380/390相同型號(hào)的擰緊槍上。

（5）避免產(chǎn)生投資新增相同擰緊工位（按照AF370設(shè)備原值約50萬(wàn)元）。