機器人自動擰緊螺栓機構在變速器裝配方面的優勢

張曉紅

（中國重汽集團大同齒輪有限公司， 山西 大同 037000）

引言

隨著工業自動化、智能化的發展，大量工業機器人被應用在了變速器裝配線上。機器人與電動擰緊軸的完美組合，既提高了螺栓的裝配效率，又保證了螺栓的裝配質量。同時，由于自動擰緊螺栓機構能夠更好地保證裝配產品的一致性，通過對裝配后異常產品的層層剖析，可發現一些設計或加工上的失誤，能夠起到防錯作用。

1 機器人自動擰緊螺栓機構的主要特點

機器人自動擰緊螺栓機構主要由機器人、伺服機構、電動擰緊軸、電動擰緊軸組成，如圖1 所示。在機器人第六軸上固定了一套伺服機構，在伺服機構上安裝兩根電動擰緊軸，其中電動擰緊軸相對于機器人第六軸固定不動，電動擰緊軸通過伺服機構作用可以沿絲杠移動。該機構用于自動擰緊變速器后殼體連接螺栓，一次可同時擰緊兩條螺栓，這樣設計的目的一方面為保證生產節拍，另一方面由于螺栓分布面積較大，為避免螺栓在擰緊過程中由于受力不均而導致的扭矩衰減。

2 螺栓擰緊程序設計中存在的問題

機器人自動擰緊螺栓機構用于對變速器后殼體連接螺栓的擰緊，共擰緊22 條螺栓，每次擰緊2 條，分11 次擰緊，螺栓擰緊順序如圖2，即：序號①②螺栓同時擰緊，然后序號③④螺栓，以此類推。螺栓擰緊扭矩工藝要求為41～51 N·m，經大量測量試驗，將自動擰緊程序動態擰緊扭矩設置為50 N·m，測得的靜態扭矩也均可保證在工藝要求范圍之內。

現場質量員在對使用機器人自動擰緊螺栓機構擰緊的螺栓進行抽檢時發現，②位置螺栓扭矩不在扭矩技術要求范圍之內，且偏小嚴重。

圖1 機器人自動擰緊螺栓機構

圖2 螺栓擰緊順序示意圖

3 尋找問題根源

3.1 擰緊順序是否不合理

為排除擰緊順序對②位置螺栓扭矩偏小的影響，將第1 對螺栓與第2 對螺栓擰緊順序更換，即先擰序號③④螺栓，再擰序號①②螺栓，圖2 標號，測得②位置螺栓扭矩仍不足。再次將螺栓擰緊順序徹底改變，依次擰緊順序為17○18○、19○20○、⑤⑥、21○22○、15○16○、13○14○、11○12○、⑨⑩、⑦⑧、③④、①②如圖2 標號，測得②位置處螺栓扭矩超出扭矩要求下限，偏小嚴重，由此初步判斷為，與螺栓擰緊順序可能無關。

3.2 機構本身的擰緊精度是否存在問題

按照圖2 標識的擰緊順序擰緊，在第一次（即：只擰緊位置①②螺栓）擰緊結束后，按下機構停止按鈕，立即對①②位置螺栓擰緊扭矩進行測量，測得②位置螺栓扭矩在工藝要求范圍之內，且使用該機構擰緊螺栓的還有另外一款變速器A，與目前這款變速器在所擰緊螺栓處的結構基本類似，A 款變速器無螺栓扭矩不足的現象，由此可排除機構本身精度的問題。將A 款變速器與目前變速器后殼體部分結構進行了對比，目前這款變速器在擰緊后殼體連接螺栓前需擰緊一堵塞（圖2 中Ⅰ處所示），擰緊扭矩要求為130 N·m，現場使用手持電動擰緊軸按要求扭矩緊固。懷疑點有兩處：

1）擰緊堵塞過程中，后殼體相對中殼體位置發生了旋轉。后殼體與中殼體之間有兩個定位銷，后殼體定位銷孔尺寸為Φ18（+0.018，0），定位銷尺寸為Φ18（+0.018，+0.007）。為驗證后副箱相對中殼體是否發生了旋轉，進行了兩種試驗：第一，將堵塞與后殼體連接螺栓擰緊順序更換，即先擰緊后殼體連接螺栓，再擰緊堵塞，未發現有扭矩不足的螺栓；第二，先擰緊堵塞，用銅棒敲擊后副箱，特別是堵塞處及先前扭矩不足螺栓處，選擇位置②⑤⑥17○18○等處，手工預先擰入幾條螺栓，目的是想校正后殼體相對中殼體位置發生的旋轉。然后，按照圖2 標識順序擰緊后殼體連接螺栓，位置②處螺栓扭矩不足。針對后殼體相對中殼體位置是否發生了旋轉的這個疑問，只想到了上述兩個驗證方法，于是，又進行了如下設想。

2）擰緊堵塞時，后殼體相對中殼體位置發生了翹起。為了驗證后殼體相對中殼體是否發生了翹起，進行了1 種試驗：不安裝濾網，直接安裝堵塞，使用手持電動擰緊軸按要求扭矩緊固，然后按照圖1 擰緊順序擰緊后副箱螺栓，未發現有扭矩不足的螺栓。變速器后殼體堵塞處結構如圖3，濾網1 安裝在后殼體孔中，然后安裝平墊2 和堵塞3，最終堵塞螺紋擰入殼體螺紋孔中。

為了進一步證明后殼體相對中殼體位置發生了翹起這個現象，現場對相關零件尺寸進行了測量，測量值如表1 所示。測量得10 組數據，其中有9 組數據顯示堵塞和平墊的高度之和均大于濾網端面到殼體孔的深度，因此得出，在擰緊堵塞的過程中，堵塞端面與濾網端面會干涉，會導致后殼體相對中殼體位置發生翹起。

圖3 變速器后殼體堵塞處結構圖

表1 測量值匯總表

4 結論

經過大量現場試驗數據統計，使用機器人自動擰緊螺栓機構擰緊的螺栓，在正常情況下，無論是動態扭矩還是靜態扭矩，扭矩一致性都非常好。如果有異常情況發生，通過多方面排查，有可能是零件加工或設計方面的缺陷導致，使用該機構除了能夠提高螺栓的裝配效率和質量，同時也使產品其他方面的質量問題更加容易顯現，能夠起到防錯作用。