一種加工中心換型防錯裝置

張懷文 陸郁 胡蓉 葉子健 許雷明

上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司 發(fā)動機工廠 重慶市 401135

1 引言

汽車制造企業(yè)根據(jù)發(fā)動機排量和機型不同，設(shè)計多種型號的曲軸產(chǎn)品。不同曲軸型號尺寸存在差異。當(dāng)型號切換時，部分機床夾具不能完全兼容換型前后兩種型號，需要更換夾具硬件（如卡爪、支撐、壓頭等）來保證工件被完全夾緊，此過程叫做夾具換型。本文分析了夾具換型時硬件使用錯誤可能造成的影響，以及一種利用光電傳感器信號數(shù)據(jù)和邏輯程序判斷換型硬件是否存在使用錯誤的防錯裝置。

2 曲軸型號介紹

我司發(fā)動機工廠主要生產(chǎn)兩種曲軸型號：型號A和型號B。型號A總長為444.46mm，適配排量1.5L自然吸氣發(fā)動機；型號B總長為410.4mm，適配排量1.2L自然吸氣發(fā)動機（見圖1）。

圖1 曲軸型號介紹

兩種型號總長相差34.06mm，當(dāng)把兩種型號按軸向定位基準(zhǔn)對齊擺放在一起時，可以看到各軸頸的軸向位置存在明顯差異（特別是距離基準(zhǔn)較遠的軸頸）。

兩種型號曲軸的主軸頸直徑相同，但由于排量不同，兩種型號的曲拐半徑和連桿頸直徑有較大差異。

3 曲軸線OP10（工序1）夾具及換型零件介紹

為了分析換型零件使用錯誤會造成的影響，我們以曲軸線OP10工位為例進行演示，接下來我們先介紹該工位夾具及換型零件。

OP10夾具使用兩個卡爪分別夾緊第一主軸頸（A1）和第五主軸頸（A5）限制徑向位移，使用一個卡爪夾緊第一連桿頸（P1）限制角向位移，使用分中限制軸向位移（見圖2、3），至此，曲軸的6個自由度都被完全約束。

圖2 夾具夾緊示意圖

圖3 夾具三維圖

OP10夾具夾緊A1/A5/P1軸頸，為最邊緣軸頸，兩種機型軸向位置差異大，卡爪無法完全兼容兩種機型加工，故夾具換型時需要更換A1/A5/P1卡爪（詳見圖4，型號A曲軸對應(yīng)卡爪A，型號B曲軸對應(yīng)卡爪B）。

4 換型零件使用錯誤影響分析

型號A曲軸使用銑刀T01加工法蘭端面，型號B曲軸使用銑刀T02加工法蘭端面。

由圖4可知，型號A/B曲軸使用對應(yīng)卡爪時，刀具不會與卡爪干涉，可正常加工；但當(dāng)型號B曲軸使用卡爪A時，卡爪A會夾緊到錯誤的位置，加工時卡爪與刀具干涉，該情況可能導(dǎo)致主軸、卡爪、刀具損壞，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。

圖4 換型零件干涉分析

5 換型防錯裝置

前期換型操作模式：兩種卡爪分別刻印對應(yīng)產(chǎn)品型號，換型時切換并檢查。整個過程為人工操作，因人員精神狀態(tài)及工作疲勞等因素?zé)o法100%確認(rèn)安裝過程，可能存在裝錯風(fēng)險，且針對該風(fēng)險的探測度低。

基于上述風(fēng)險，我們開發(fā)使用一種換型防錯裝置。該裝置由支撐架、換型盒構(gòu)成，換型盒內(nèi)裝入換型零件（見圖5）。

圖5 換型防錯裝置示意圖

換型盒內(nèi)有四個光電傳感器，分為兩組，傳感器1/2用于感應(yīng)型號A零件是否在盒內(nèi)，傳感器3/4用于感應(yīng)型號B零件是否在盒內(nèi)（見圖6）。

圖6 換型盒光電開關(guān)示意圖

每個換型零件下方有一個撥片機構(gòu)（見圖7和圖8），當(dāng)所有零件都在盒內(nèi)，左上角光路被遮擋，光電傳感器無信號，右下角光路未遮擋，光電傳感器有信號；當(dāng)所有零件都不在盒內(nèi)，撥片由于重力繞軸轉(zhuǎn)動，傳感器信號反轉(zhuǎn)，左上角傳感器有信號，右下角傳感無信號；當(dāng)所有零件不都在盒內(nèi)，兩處光路均被遮擋，兩個傳感器均無信號。

圖7 換型盒光路示意圖

圖8 撥片示意圖

根據(jù)上述邏輯和4個光電傳感器信號，可以判斷型號A/B產(chǎn)品換型零件是否放置于換型盒，共分為以下6種情況：

情況一：傳感器1有信號，傳感器2無信號，型號A零件都不在換型盒內(nèi)。

情況二：傳感器1無信號，傳感器2有信號，型號A零件都在換型盒內(nèi)。

情況三：傳感器1無信號，傳感器2無信號，型號A零件不都在換型盒內(nèi)。

情況四：傳感器3有信號，傳感器4無信號，型號B零件都不在換型盒內(nèi)。

情況五：傳感器3無信號，傳感器4有信號，型號B零件都在換型盒內(nèi)。

情況六：傳感器3無信號，傳感器4無信號，型號B零件不都在換型盒內(nèi)。

實際生產(chǎn)中，加工型號A產(chǎn)品時，要求型號A零件都不在盒內(nèi)，型號B零件都在盒內(nèi)，故需要同時滿足情況一和情況五；當(dāng)加工型號B產(chǎn)品時，要求型號A零件都在盒內(nèi)，型號B零件都不在盒內(nèi)，故需要同時滿足情況二和情況四；如不滿足以上情況，將會觸發(fā)機床報警。另外，情況三和情況六在任何時候都是不允許發(fā)生的，它們意味著正確的換型零件沒有被完全安裝到夾具上，所以這兩種情況會直接觸發(fā)機床報警。

通過實際使用證明，該技術(shù)可以起到很好的防錯作用，保證換型時更換的零件與加工產(chǎn)品對應(yīng)，防止換型零件裝錯導(dǎo)致的各種問題。

6 結(jié)論

本文講述一種可防止換型硬件使用錯誤的防錯裝置。該裝置取消了傳統(tǒng)的目視檢查，規(guī)避人工錯誤風(fēng)險，同時有效降低人工檢查的勞動強度及管理壓力，達到精益生產(chǎn)目標(biāo)。防錯的方式分多種，如：產(chǎn)品設(shè)計防錯、工裝/設(shè)備裝置的防錯、技術(shù)工藝的防錯和人員的防錯等，實際操作時要根據(jù)實際情況選擇最合適、性價比最高的防錯方式。防錯雖然能夠在過程中最大限度地避免錯誤發(fā)生，但防錯裝置也有失效的時候，所以必須在生產(chǎn)過程中定期的驗證和維護，才能保證防錯裝置的正常運行。