中輕型變速器總成數(shù)字化柔性化裝配技術(shù)研究

郭龍，馬維鵬

陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司 陜西寶雞 722409

隨著市場對變速器的多元化需求，我公司開發(fā)的變速器種類越來越多，其中涉及到的中輕型變速器產(chǎn)品譜系也越來越豐富。由于多品種、全系列產(chǎn)品在裝配過程中遇到了產(chǎn)線兼容性弱的問題，所以多品種變速器共線生產(chǎn)成為了企業(yè)尋求長期發(fā)展的必經(jīng)之路。

由于市場對產(chǎn)品需求的不確定性，在生產(chǎn)中需頻繁切換品種，所以原裝配線已無法滿足現(xiàn)有多品種的生產(chǎn)要求，影響變速器總成的產(chǎn)出效率。因此，亟需設(shè)計開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)多品種共線生產(chǎn)的柔性裝配線來滿足市場需求。

數(shù)字化、智能化是未來發(fā)展的趨勢，這就要求變速器裝配線具有良好的柔性功能、具備一定的水平，在同一條裝配線上不僅可滿足幾種不同類型產(chǎn)品的生產(chǎn)需求，同時也能提高裝配工藝水平和智能化要求。

變速器裝配工藝梳理與整合

首先，在產(chǎn)線建設(shè)之初需了解產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。本次規(guī)劃涉及到的產(chǎn)品輸出扭矩在400～700N·m之間，屬于中輕型變速器。根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將公司目前生產(chǎn)的其中7種筒式結(jié)構(gòu)變速器劃歸到此次規(guī)劃中進(jìn)行產(chǎn)線建設(shè)。

其次，為了提高產(chǎn)線的兼容性，根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)，提出了結(jié)構(gòu)化工藝?yán)砟睢Ｈ鐖D1所示，先將裝配工藝分為“分裝結(jié)構(gòu)化”和“總裝結(jié)構(gòu)化”兩大工藝模塊，然后再劃分成若干個小塊，各個小塊先組裝成組件，然后將這些組件再裝配到一起。這種理念的優(yōu)點(diǎn)是降低了工藝的復(fù)雜程度，具備靈活的調(diào)整性、柔性化程度較高，適用于多種產(chǎn)品混線生產(chǎn)。

圖1 中輕型變速器結(jié)構(gòu)化工藝流程

1.分裝結(jié)構(gòu)化工藝

具體工藝：①軸齒線分裝模塊：完成輸入軸、中間軸、輸出軸等軸系分總成的裝配。②前殼體柔性壓裝單元模塊：完成前殼體軸承外圈、撥叉軸襯套的裝配。③后軸承蓋總成分裝模塊：完成后軸承蓋油封的壓裝。④操縱裝置總成分裝模塊：完成操縱裝置小總成零件的裝配。

2.總裝結(jié)構(gòu)化工藝

①軸系拼裝模塊 將輸入軸、中間軸、輸出軸軸系零件拼裝到一起，各齒輪正確嚙合。②軸系合箱模塊 將前殼體加熱后裝到軸系上，然后裝配輸入軸軸承蓋，再將前殼體與軸系合件轉(zhuǎn)移到總裝線托盤上。③中殼柔性壓裝單元模塊 裝配倒檔中間軸系零件，壓裝中殼軸承、結(jié)合面定位銷。④殼體、后蓋裝配模塊 完成后蓋、后軸承、軸承蓋小總成、法蘭盤等零件裝配。⑤總成測試模塊 完成氣密檢測、自動加放油、NVH臺架下線檢測、總成下線。⑥涂裝模塊：完成變速器總成外觀表面噴漆。

智能化柔性化裝配技術(shù)

1.總裝線托盤旋轉(zhuǎn)快速換型及前殼體自動上線技術(shù)

為了兼容七大系列變速器總成的裝配及后期拓展，總裝線托盤采用雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計（見圖2），上層為圓盤組件，下層為底板組件，底板上設(shè)置有多種定位銷組合，圓盤上設(shè)置有多種銷孔組合，定位銷和銷孔的角度及分度圓直徑根據(jù)產(chǎn)品尺寸的不同設(shè)置了不同位置。多種“定位孔+定位銷”結(jié)構(gòu)，與變速器前殼體進(jìn)行精確定位，當(dāng)變速器前殼體上線時，MES系統(tǒng)將零件號傳送到PLC，PLC根據(jù)前期維護(hù)的數(shù)據(jù)自動控制圓盤組件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)至一定角度，底板上的一組定位銷伸出圓盤，機(jī)器人抓取前殼體并將前殼上的兩個銷孔對正托盤上的定位銷并精確落到托盤上，完成前殼體上線工作（見圖3）。通過托盤底板和圓盤組件不同角度的配合，可以實(shí)現(xiàn)多種定位銷組合，從而實(shí)現(xiàn)多種離殼/前殼的定位。目前可實(shí)現(xiàn)32種前殼體的定位，且具備擴(kuò)容功能。

圖2 總裝線托盤

圖3 前殼體全自動上線

2.軸系柔性合箱技術(shù)

通過將軸系托盤增加一層定位板，用于不同機(jī)型軸系定位，并且機(jī)器人夾取工裝板側(cè)面的固定定位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)夾取不同軸系總成的功能。

通過將機(jī)器人夾爪設(shè)計成兩個平行夾爪的結(jié)構(gòu)（見圖4），分別對軸系總成以及前殼體進(jìn)行夾取，每個夾爪上使用一個迪斯泰克平行氣缸，使夾爪夾取工件后，工件在中心處，保證軸系與前殼體在合箱時的相對位置關(guān)系，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確合箱的功能。

圖4 組合夾具

通過使用2個伺服電機(jī)，分別對軸系夾爪以及前殼體夾爪合箱時所需的距離進(jìn)行控制，由此可兼容本項(xiàng)目上多種機(jī)型合箱時，相對位置不同的需求，實(shí)現(xiàn)了兼容多種機(jī)型以及準(zhǔn)確合箱的功能。

通過在總裝線使用加熱裝置，對在合箱前對前殼體軸承孔位進(jìn)行加熱（見圖5），增加前殼體與軸系軸承的間隙，實(shí)現(xiàn)軸系的成功合箱的功能（見圖6）。

圖5 加熱前殼體

圖6 前殼體與軸系合箱

3.旋轉(zhuǎn)式多機(jī)型兼容快速壓裝技術(shù)

本項(xiàng)目是為解決在同一工位，使用一臺壓裝設(shè)備，且在保證壓裝生產(chǎn)節(jié)拍的前提下，使8個壓頭兼容12種零件的壓裝，克服壓頭數(shù)量少，被壓裝零件種類多、差異大的技術(shù)難題。設(shè)計一套組合壓頭（見圖7，由8個6種下壓頭和八棱柱支撐架組成）以及一套組合反靠壓頭（見圖8），使8個壓頭及6個反靠壓頭兼容12種零件的壓裝（見圖9）。

圖7 組合壓頭

圖8 組合反靠壓頭

圖9 工作狀態(tài)

大機(jī)器人抓取工件上料至組合反靠壓頭上的對應(yīng)專用反靠壓頭，小機(jī)器人抓取軸承上料至組合壓頭上的對應(yīng)專用壓頭，通過程序控制，使組合反靠壓頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，將帶有工件的反靠壓頭旋轉(zhuǎn)至下支撐壓頭的正上方，根據(jù)工件的產(chǎn)品特性使組合壓頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，將帶有軸承的專用壓頭旋轉(zhuǎn)至壓力機(jī)壓頭的下部，再通過壓力機(jī)將軸承壓裝至工件內(nèi)；其余帶軸承的壓頭同理依次旋轉(zhuǎn)，完成整個工序中多個零件的壓裝過程。生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，通過壓頭及反靠壓頭旋轉(zhuǎn)解決換產(chǎn)問題，實(shí)現(xiàn)在一臺壓裝設(shè)備上完成本工位的所有壓裝工序。

通過研究產(chǎn)品裝配內(nèi)容及特點(diǎn)，本項(xiàng)目通過柔性壓裝單元實(shí)現(xiàn)殼體中間軸前軸承、分離撥叉滾針軸承、撥叉軸直線軸承、定位銷的壓裝，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵零件的全自動裝配。

該柔性壓裝單元的優(yōu)點(diǎn)：①無需換型或更改裝配工藝即可滿足多種工件壓裝，提高生產(chǎn)效率。②同一個壓頭可兼容2種或2種以上零件，該工位8個壓頭即可兼容所用工件，降低設(shè)備使用成本。③此結(jié)構(gòu)能夠保證壓裝合格率、壓裝精度、壓裝力以及生產(chǎn)節(jié)拍等參數(shù)，解決了多品種壓裝的一項(xiàng)技術(shù)難題，在保證設(shè)備穩(wěn)定性的前提下，提高了設(shè)備的柔性化。

4.變速器總成NVH下線檢測技術(shù)

如圖10所示，通過對NVH加載測試臺原理的研究及分析，并利用Eol分析儀將傳感器收集到的變速器噪聲振動信息可視化，判斷變速器各檔位運(yùn)轉(zhuǎn)情況及下線檢測項(xiàng)目是否合格（見圖11）。該測試技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)就是它能同步將變速器產(chǎn)生的聲音、振動進(jìn)行轉(zhuǎn)化，最終以圖譜的形式展現(xiàn)出來，與此同時，臺架的分析儀會將該圖譜與最近100臺合格變速器綜合形成的一個基準(zhǔn)圖譜作對比（見圖12）。對比數(shù)據(jù)再結(jié)合人為限值進(jìn)行一系列運(yùn)算，最終得出變速器測試結(jié)果。

圖10 測試臺架

圖11 測試實(shí)時信息

圖12 NVH測試信息

該技術(shù)通過變速器振動情況將多臺變速器檢測數(shù)據(jù)保存并分析，形成一個數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)模型，為后期同協(xié)議變速器提供一個檢測依據(jù)，更有利于篩選出同類變速器故障發(fā)生部位，為變速器下線檢測提供了重要依據(jù)。杜絕了僅憑檢驗(yàn)員主觀判斷變速器是否合格的現(xiàn)象，為變速器的出廠質(zhì)量控制提供了重要保障。

5.變速器總成自動噴漆技術(shù)

涂裝線采用機(jī)器人自動噴漆（見圖13、圖14），通過程序控制，掃碼自動調(diào)取噴涂程序，可滿足混線生產(chǎn)情況下無規(guī)則懸掛的全自動噴漆。生產(chǎn)時采用2臺機(jī)器人，對工件正反面進(jìn)行自動噴涂，配置2套供漆系統(tǒng)，用于2種色漆的快速切換和水劑清洗。通過試驗(yàn)驗(yàn)證并調(diào)整噴漆流量、扇形面積、霧化水平、噴涂軌跡等參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)最佳的噴漆表面效果。工作時，系統(tǒng)只需調(diào)用程序即可，柔性化、智能化水平高。

圖13 噴漆室

圖14 噴漆系統(tǒng)

整體噴涂線具有信息采集功能，對每種箱型的涂裝參數(shù)的柔性調(diào)整帶來了極大的提升。實(shí)現(xiàn)了設(shè)備高利用率、低損耗、低污染的設(shè)計原則，使涂裝生產(chǎn)成為符合國家和地方標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)代化綠色生產(chǎn)線。

涂裝廢氣通過采用吸附催化的方式進(jìn)行處理（見圖15），該方式特點(diǎn)是設(shè)計原理先進(jìn)，用材獨(dú)特，性能穩(wěn)定，操作簡單、安全可靠、無二次污染。設(shè)備占地面積小、重量輕。吸附床采用堆放式結(jié)構(gòu)，裝填方便，更換容易。吸附有機(jī)物廢氣的活性炭床，可用催化燃燒處理廢氣產(chǎn)生的熱量進(jìn)行脫附再生，脫附后的氣體再送催化燃燒室凈化，不需要外加能量，運(yùn)行費(fèi)用低，節(jié)能效果顯著。正常使用時能耗低，由于采用的是蜂窩狀活性炭，其阻力極低，所以使用過程中的能耗僅為排風(fēng)機(jī)功率。

圖15 處理涂裝廢氣處理流程

裝配線設(shè)計實(shí)例介紹

圖16位為中輕型變速器柔性化智能化裝配產(chǎn)線建設(shè)平面布局實(shí)例，圖17為裝配線現(xiàn)場。該裝配產(chǎn)線“分裝結(jié)構(gòu)化工藝”包括軸齒分裝線、操縱裝置分裝線，“總裝結(jié)構(gòu)化工藝”包括總裝線、測試線。

圖16 中輕型變速器裝配線平面布局

圖17 裝配線一角

結(jié)語

通過將結(jié)構(gòu)化工藝思維運(yùn)用到裝配產(chǎn)線建設(shè)中，極大地提高了產(chǎn)線的兼容性，很好地適應(yīng)了當(dāng)下“多品種、小批量”的生產(chǎn)模式，對以后的產(chǎn)線建設(shè)起到了很好的借鑒作用。