五-四軸輪胎擰緊機(jī)的設(shè)計研究與應(yīng)用

本文研究的輪胎擰緊機(jī)主要適用汽車流水線生產(chǎn)過程中，同時實(shí)現(xiàn)不同分度圓4個或5個輪胎螺母的扭力上緊，核心技術(shù)：擰緊軸的4軸或5軸能夠自動切換。

輪胎擰緊機(jī)結(jié)構(gòu)主要包含：工字鋼、定軌、動軌、平衡氣缸、直線導(dǎo)軌、按鈕箱、控制系統(tǒng)和擰緊系統(tǒng)，擰緊系統(tǒng)又包含把手、伺服電動機(jī)、擰緊軸、按鈕箱、按鈕把手、變形氣缸、導(dǎo)向輪和前進(jìn)氣缸。

汽車輪胎存在4個或5個螺母擰緊的結(jié)構(gòu)，輪胎的螺母分度圓存在差異、分布角度不一致問題。四軸擰緊的螺母角度分布一般為 ，五軸擰緊的螺母角度分布一般為 。

針對此問題，進(jìn)行了如下擰緊機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計。

1）如圖1所示，電軸2、電軸3、電軸4和電軸5的電軸座固定在分度圓氣缸上，都可以通過分度圓電缸的伸縮實(shí)現(xiàn)電軸座沿著分度圓電缸座的導(dǎo)軌來回運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)電軸2、電軸3、電軸4和電軸5的分度圓大小變更。

2）如圖2所示，伸縮氣缸導(dǎo)軌固定在電軸1的分度圓氣缸上，伸縮氣缸和電軸座均固定在伸縮氣缸導(dǎo)軌上，氣缸伸出，擰緊機(jī)為五軸，縮進(jìn)去為四軸。五軸工作狀態(tài)可通過分度圓氣缸的伸縮實(shí)現(xiàn)電軸座沿著分度圓氣缸座的導(dǎo)軌上來回運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)五個電軸的分度圓大小變更。

3）如圖3和圖4所示，擰緊機(jī)有兩種工作狀態(tài)：一是四軸工作狀態(tài)，電軸2、電軸3、電軸4和電軸5角度為 ；二是五軸工作狀態(tài)，五個電軸角度為 ：

其中電軸1和電軸4無法改變角度，電軸2、電軸3、電軸4可實(shí)現(xiàn)角度改變，滿足四軸 和五軸 的角度變更要求。電軸2、電軸3、電軸4改變角度的原理：角度氣缸伸縮實(shí)現(xiàn)分度圓氣缸座導(dǎo)向輪和電軸座定向軸沿著規(guī)定的圓弧運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)電軸2、電軸3、電軸4角度的改變。

擰緊軸的選擇要求

1）擰緊軸設(shè)計最大擰緊扭力值應(yīng)比實(shí)際擰緊最大值超過 30% 以上，如果選擇錯誤，在高頻率時擰緊扭矩會使擰緊軸發(fā)燙發(fā)熱，導(dǎo)致擰緊機(jī)無法工作。

2）傳感器式擰緊軸控制器可以實(shí)現(xiàn)如下擰緊策略：扭矩控制 ∣+ 角度監(jiān)控；角度控制 + 扭矩監(jiān)控；扭矩控制 + 角度監(jiān)控 + 扭矩斜率監(jiān)控；角度控制+扭矩監(jiān)控 + 扭矩斜率監(jiān)控；屈服點(diǎn)擰緊；零速保持。

3）每根軸和每步擰緊程序的扭矩值、角度值、速度、時間等參數(shù)可以獨(dú)立進(jìn)行設(shè)定，設(shè)備具有自動保存擰緊結(jié)果和擰緊曲線的功能。

4）要求擰緊軸傳感器為力矩/角度數(shù)字式傳感器，力矩傳感器精度 ？±3% ，角度傳感器精度 $＼leqslant＼pm2^{＼circ}$ 。精度的測量辦法依據(jù)ISO05393標(biāo)準(zhǔn)，要求 Cmk？1.67 Cpk ？1.33 。

5）廣泛的記錄能力。系統(tǒng)所有的信息，包括擰緊結(jié)果、扭矩值、正確/錯誤報告及擰緊過程中間步驟的擰緊數(shù)據(jù)保存功能?？稍O(shè)定起始扭矩、過渡扭矩、目標(biāo)扭矩及其過程控制功能。與總裝車間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用以太網(wǎng)接口連接，保證與MES（ManufacturingExecutionSystem，制造執(zhí)行系統(tǒng)）系統(tǒng)進(jìn)行信息傳輸。

6）具備自動采集、儲存、實(shí)時傳輸和導(dǎo)出每次擰緊數(shù)據(jù)及曲線（包括不合格狀態(tài)）的功能，且數(shù)據(jù)與整車識別號一一對應(yīng)。

7）可通過遠(yuǎn)程（如辦公室）訪問控制器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及維護(hù)。

根據(jù)擰緊軸的標(biāo)準(zhǔn)要求，最終選擇了博世品牌某型號直柄電軸，其扭矩范圍在 15～150N？m ，滿足以上所有需求。

擰緊機(jī)整體的設(shè)計原則

1）由于G050兩座電動物流車的車輪螺母是4個，其他車型是5個，擰緊機(jī)需實(shí)現(xiàn)四軸和五軸的自動切換。

2）由于每個車型的輪胎螺母分度圓不同，擰緊機(jī)上的擰緊軸根據(jù)需求切換不同的分度圓擰緊螺母。

3）由于裝配的時候，車子在流水線不停，所以，擰緊機(jī)需能夠跟車行走一個工位。

4）擰緊機(jī)可以實(shí)現(xiàn)手動前進(jìn)、自動退原位功能，且前進(jìn)后退速度可調(diào)。

5）員工能夠上下輕松地移動擰緊機(jī)。

擰緊機(jī)的產(chǎn)品參數(shù)

1.工作條件

1）環(huán)境溫度范圍：

2）耐腐蝕等級：2級。

3）場地要求：工裝使用時占地面積不小于 0

4）無腐蝕性氣體、塵埃、金屬粉末等。

2.電源要求

1）電壓： AC380V±10% ， 。

2）氣壓： ，最大為 0.7MPa， 0

3.設(shè)備功能及操作前檢查

1）實(shí)現(xiàn)輪胎螺栓擰緊，數(shù)據(jù)實(shí)時上傳的操作。

2）打開氣源二聯(lián)件開關(guān)，并檢查氣壓，不低于

3）電源總開關(guān)與氣源閥門狀態(tài)處于打開狀態(tài)。

4）屏幕處于運(yùn)行狀態(tài)。

5）操作面板無故障報警（否則應(yīng)查找故障原因）。

6）擰緊系統(tǒng)是否處于懸浮狀態(tài)。

7）機(jī)械部件是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常（否則應(yīng)查找故障原因）。

8）所有氣缸在原點(diǎn)位置。

9）接近開關(guān)和磁性開關(guān)狀態(tài)正常。

10）螺栓有無松動。

設(shè)備操作說明

擰緊機(jī)操作界面如圖5所示。

1）檢查設(shè)備后，按“自動啟動”，綠色燈亮起，“手/自動”旋鈕切換至自動；觀察觸摸屏當(dāng)前車型進(jìn)行車型切換。

2）手動切換車型：根據(jù)車型選擇不同分度圓變距，例如來車是需要 5×114.3 車型擰緊，點(diǎn)擊車型5×114.3 設(shè)備切換到對應(yīng)分度圓，切換成功車型由紅色變?yōu)樗{(lán)色。

3）自動讀取車型信息：車型通過線邊PLC讀取信息傳送至輪胎擰緊機(jī)PLC，此時車到位自動選擇對應(yīng)車型分度圓。

4）車型切換成功需要人工對準(zhǔn)螺栓，按下正轉(zhuǎn)按鈕啟動螺栓擰緊機(jī)。擰緊機(jī)自動擰緊完成，對應(yīng)界面顯示扭矩、角度、合格/不合格狀態(tài)。

5）擰緊螺栓合格后，設(shè)備自動脫離輪胎螺栓，移動設(shè)備至原點(diǎn)，進(jìn)入下一循環(huán)。

注：自動條件下車型切換失敗時，切換到手動， 按復(fù)位按鈕，進(jìn)行手動切換。

常規(guī)調(diào)試過程中遇到的主要困難點(diǎn)與解決辦法

1.困難點(diǎn)

1）擰緊機(jī)的四軸或五軸的電軸中心對稱進(jìn)入輪胎螺母，難對準(zhǔn)，耗時長，抱怨大。

2）按技術(shù)要求的設(shè)定中間值扭力擰緊螺母，普遍存在螺母扭矩衰減情況。3）擰緊軸上的套筒擰緊螺母時，套筒容易刮花輪轂，造成質(zhì)量問題。4）可運(yùn)動的線束使用BTR線纜，來回運(yùn)動后，線纜容易斷裂。

2.解決辦法

1）中心孔難對準(zhǔn)問題，要求擰緊電軸在打緊前先反轉(zhuǎn)4至5圈，套筒容易自動對正螺栓里面，就可以實(shí)現(xiàn)螺母的自動擰緊。

2）使用電軸正常擰緊螺母，下線復(fù)檢其扭矩值，算出其扭矩衰減范圍，做好工藝驗證。如技術(shù)要求扭矩為 ，線上電軸扭矩改成 125N？m ，下線復(fù)測螺母實(shí)際扭矩在 ，在 范圍內(nèi)，符合設(shè)計要求。

3）針對套筒容易刮花輪轂問題，制作非標(biāo)專用的尼龍?zhí)淄蔡?，擰緊螺母時，不讓套筒與輪轂直接接觸，與輪轂接觸的位置改為柔性的尼龍?zhí)?，有效防止了刮花問題。

4）線纜容易斷裂問題，線纜更換成TRVV線纜，高柔線材料。

結(jié)語

本文設(shè)計研究的五-四軸輪胎擰緊機(jī)，從2022年3月至今已經(jīng)在某主機(jī)廠的客廂式物流車、單排貨車、多功能客車和兩座電動物流車上實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)應(yīng)用，至今都未造成車輛的質(zhì)量問題發(fā)生，且極大提升了生產(chǎn)節(jié)拍，降低員工的勞動強(qiáng)度。

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