劉 洪

（廣州市嘉特斯機電制造有限公司，廣東廣州510850）

0 引言

作為汽車的動力心臟，一臺合格的汽油或柴油發(fā)動機要持續(xù)不斷地輸出動力，將每一次活塞運動轉換為機械傳動，就少不了曲軸的轉動實現動力輸出，因此曲軸的配合間隙和螺栓固定至關重要。

每一個主軸承蓋螺栓是否擰緊合格都關系到汽車動力輸出是否正常，而隨著汽車車型的增加，因為成本高以及人員、產房設備、產能問題，又不能每款發(fā)動機都單獨使用一條獨立的生產線生產，因此混線生產不可避免，于是一臺對應多機種的發(fā)動機主軸承蓋螺栓擰緊機為適應不同位置的螺栓就必須能實現變距。為了保障變距的順利和準確性，就少不了先進的伺服系統(tǒng)。同時，擰緊每一顆螺栓的動力也由簡單的扭力輸出變?yōu)樗欧Q緊軸，具有先進的扭力和角度控制功能，并能將擰緊數據傳輸給工控機存儲，再由工控機上傳給整個生產系統(tǒng)管理服務器，以便對每一臺發(fā)動機的每一個螺栓數據進行實時跟蹤。

1 設備結構

基于柔性化生產，發(fā)動機主軸承蓋螺栓擰緊機主要構成包括設備基體、變距機構、擰緊系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。設備采用龍門式主框架結構（跨生產線），包括龍門式本體平臺、工件舉升定位機構、工件插銷定位機構、設備防護機構及其他配件等。要求設備基體所有的安全門必須安裝安全門鎖。

2 變距機構

舉升定位機構及插銷定位機構采用氣缸驅動，采用直線導軌的形式；其余所有變距機構采用伺服電機+絲桿+直線導軌的形式實現。擰緊機6支擰緊軸分為IN、EX兩側擰緊變距機構（圖1），每側各3支擰緊軸，3支擰緊軸可沿X軸方向（線體流動方向）同步變距（兩側軸與曲軸中心的距離保持相等）。要求各擰緊軸能實現Y方向（水平面、垂直于線體方向）單獨變距，同時所有擰緊軸能實現Z軸方向（豎直方向）整體變距。

3 擰緊系統(tǒng)

設備安裝有6套（不含擰緊系統(tǒng)備件）擰緊系統(tǒng)（圖2），每套擰緊系統(tǒng)均包含擰緊軸、控制器、通信電纜、電源、永久擰緊系統(tǒng)軟件使用權限及其他擰緊系統(tǒng)正常運行所需部件。

擰緊系統(tǒng)技術要求如下：

（1）擰緊軸精度要求：力矩為±3%N·m，角度為±1°，CPK值要求達到需方規(guī)格值范圍（≥1.33）。

圖1 伺服變距機構

圖2 擰緊機總體布局圖

（2）擰緊軸能實現正、反轉扭矩控制，并具備角度控制功能。

（3）擰緊軸帶有擰緊數據（扭矩值、角度值）輸出端口，具備對擰緊數據進行存儲的功能，預設計算機聯網接口。

（4）擰緊軸套筒單元：包括套筒快速接頭，數量為8套。

4 電氣控制系統(tǒng)

主要包括電柜（配備空調）、PLC控制系統(tǒng)、控制面板（由觸摸屏和控制箱構成）、狀態(tài)顯示面板、安全器件、條形碼掃描系統(tǒng)、工控機、RFID系統(tǒng)等，要求如下：

（1）PLC I/O端口預留兩個以上的擴展槽；

（2）PLC與其他裝置（如觸摸屏）的通信不能占用CPU本體自帶通信口，并預留至少一個空余以太網絡接口；

（3）PLC系統(tǒng)與擰緊系統(tǒng)通過CC-LINK進行通信連接；

（4）設備電氣控制系統(tǒng)統(tǒng)一安裝在控制電柜內，電柜要求配置散熱空調，柜內配有AC 220 V兩孔及三孔電源插座，方便筆記本電腦等外部用電設備使用，并有筆記本支架、文件盒；

（5）配備工控機，擰緊結果數據通過擰緊系統(tǒng)在工控機顯示，并形成數據文件、故障代碼文件等，文件以“aezzc”命名，一個文件容量大小為100M，當文件滿100M時，自動生成下一個文件，文件名在后面加1，即“aezzc1”，再下一文件即“aezzc2”，以此類推，所有擰緊數據要求永久性保存。

5 電氣控制/擰緊數據管理系統(tǒng)技術要求

（1）設備帶有自動掃描槍，工件到位后對發(fā)動機號碼進行掃描，然后保存發(fā)動機號碼及其對應的擰緊結果，以便追溯管理（以Excel格式的報表保存，內容形式：日期+時間+發(fā)動機號碼+擰緊數據+判斷結果），保存文件的名稱遵循規(guī)定要求。

（2）設備帶有RFID數據串口及讀取設備，數據傳輸統(tǒng)一采用CC-LINK形式，配置RFID讀取頭、數據傳輸、數據存儲等硬件，設備出廠時該功能必須達到能實現使用RFID硬件完成發(fā)動機號碼信息自動讀取并與擰緊結果數據配套存儲到系統(tǒng)追溯管理數據庫中的要求。

（3）設備能監(jiān)控所有信號狀態(tài)，發(fā)生報警時記錄故障類型，在人機界面能查詢最近10次報警記錄，在工控機中能查詢所有的歷史報警記錄，所有報警信息（報警時間、報警類型、異常信號、報警時長等）以Excel格式存儲在工控機中。

6 機型識別要求

（1）機型對比識別：舉升定位機構上設有機種檢測機構，采用4個接近開關的組合檢測各機種基準夾具凹凸位，以實現區(qū)分。

（2）防錯功能要求：根據零件外形差異，設置機型區(qū)分防錯功能。

7 單次循環(huán)動作

前工位上料并檢測托盤姿態(tài)→工件到位并檢測工件有無→氣缸舉升托盤脫離輥道→氣缸驅動插銷壓緊滑臺機構下降，定位基準夾具→機種識別（檢測基準夾具凹凸位并根據工件外形差異區(qū)分機種）→根據機型，自動切換擰緊軸的X、Y向間距→同時擰緊機構Z向伺服電機驅動擰緊機構下降到位→擰緊軸依次擰緊主軸承蓋螺栓→擰緊機構上升，自動切換擰緊軸的Y向間距→同時Z向擰緊機構再次下降到位→擰緊軸再次擰緊主軸承蓋螺栓→擰緊OK，擰緊機構上升，插銷壓緊滑臺機構上升，阻擋氣缸放行，工件進入下一工位；擰緊NG，自動報警，阻擋氣缸放行，工件進入返修工位進行返修→下一循環(huán)。

8 結語

放眼當前，主軸承蓋擰緊機正由半自動設備向全自動設備邁進，本文所述設備滿足小于35 s/臺的節(jié)拍要求，但要做到無螺栓無預擰且滿足節(jié)拍要求，就要設計十軸主軸承蓋螺栓擰緊機，并追加螺栓自動上料機，以實現對應多機種的全自動伺服變距柔性化生產，并做到全程無人操作。在生產批量大、多機種混線生產的背景下，全面實現生產的無人化、自動化、智能化、柔性化，符合工業(yè)4.0的發(fā)展要求，故而在一次性投資許可的情況下，采用主軸承蓋螺栓擰緊機正是大勢所趨。