缸蓋打標(biāo)站和數(shù)據(jù)螺栓擰松站的研發(fā)設(shè)計(jì)

張瑞

摘 ?要：缸蓋打標(biāo)站和數(shù)據(jù)螺栓擰松站主要應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配線，為了確保發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量，打標(biāo)站和數(shù)據(jù)螺栓擰松站的合理設(shè)計(jì)尤為重要。本文以上汽集團(tuán)CSS P5自動(dòng)化流水線的輔機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)為例，深入探討該流水線中缸蓋打標(biāo)站和數(shù)據(jù)螺栓擰松站的規(guī)劃設(shè)計(jì)，首先，介紹缸蓋打標(biāo)站和數(shù)據(jù)螺栓擰松站的功能及原理，然后，對(duì)設(shè)計(jì)中存在的問題進(jìn)行說明，最后對(duì)設(shè)計(jì)中的解決思路進(jìn)行分析，希望能夠?yàn)橛嘘P(guān)單位提供參考。

關(guān)鍵詞：缸蓋打標(biāo)站;數(shù)據(jù)螺栓擰松站;研發(fā)設(shè)計(jì)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)組裝過程中，缸蓋加工是重要的環(huán)節(jié)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定、安全具有重要意義。而為了確保缸蓋生產(chǎn)加工的品質(zhì)，則需要保障生產(chǎn)加工流程的合理設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)計(jì)中存在的問題進(jìn)行有效解決，對(duì)此，也要求有關(guān)設(shè)計(jì)單位及設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)一些案例的分析，并明確要點(diǎn)，進(jìn)而促使缸蓋生產(chǎn)加工工藝發(fā)揮最大化作用，幫助到有關(guān)企業(yè)的發(fā)展。

1. 項(xiàng)目概述

項(xiàng)目工程為上汽集團(tuán)CSS P5自動(dòng)化流水線的輔機(jī)設(shè)備，主要包括缸蓋打標(biāo)站和數(shù)據(jù)螺栓擰松站的設(shè)計(jì)、規(guī)劃、建設(shè)。該自動(dòng)化流水線共有9條生產(chǎn)線，系統(tǒng)設(shè)備相對(duì)完善，但設(shè)計(jì)中仍需要解決一些問題，如工程缸蓋主要是針對(duì)上汽汽車的發(fā)送機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，原本的設(shè)計(jì)參數(shù)要發(fā)生變化，同時(shí)要使打標(biāo)系統(tǒng)、螺栓擰松站系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，避免出現(xiàn)生產(chǎn)加工中的問題。

2. 系統(tǒng)工作原理

缸蓋打標(biāo)站和數(shù)據(jù)螺栓擰松站的運(yùn)作原理：主要是結(jié)合一套水平位置放置的伺服變位滑臺(tái)，該滑臺(tái)可以看做為X軸、一套豎直氣動(dòng)滑臺(tái)Y軸、以及一套Z向滑臺(tái)。打標(biāo)過程中，打標(biāo)設(shè)備在收到運(yùn)行控制信號(hào)后伸出標(biāo)頭，形成氣動(dòng)打標(biāo)，打標(biāo)完成后，打標(biāo)探頭收回，然后由電機(jī)帶動(dòng)水平滑臺(tái)，依次完成缸蓋上所有點(diǎn)的打標(biāo);螺栓擰松過程主要是結(jié)合伺服電機(jī)的運(yùn)作，伺服電機(jī)由滑臺(tái)運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢?，然后?qū)動(dòng)氣缸伸出，螺栓會(huì)被自動(dòng)擰入氣缸中，旋轉(zhuǎn)到一定力矩時(shí)，豎直驅(qū)動(dòng)氣缸縮回，擰緊頭回歸到原位，螺栓擰緊站的組裝工作完成[1]。

3. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

3.1 系統(tǒng)組成

缸蓋打標(biāo)站和數(shù)據(jù)螺栓擰松站生產(chǎn)線中，主要包含以下幾個(gè)設(shè)備，分別是缸蓋打標(biāo)站、數(shù)據(jù)螺栓擰松站、機(jī)器人夾爪部件、輥道部件、讀碼工位、防護(hù)部件和底板部件。汽缸蓋打標(biāo)站的主要作用，即實(shí)現(xiàn)對(duì)汽缸件的打標(biāo);數(shù)據(jù)螺栓擰緊站的主要作用，即實(shí)現(xiàn)汽缸緊固螺栓的旋入;機(jī)器人抓件，主要作用為抓取鋼蓋元件，實(shí)現(xiàn)加工件的持續(xù)供給;輥道部件的主要作用為引導(dǎo)加工件按照加工流程運(yùn)行;讀碼部件，主要是對(duì)伺服電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)等進(jìn)行讀取，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的控制;防護(hù)部件，其作用為保護(hù)氣缸件的穩(wěn)定運(yùn)行，避免運(yùn)輸過程的磕碰、損壞等現(xiàn)象發(fā)生;底板部件，該部件的主要作用即確保整體系統(tǒng)的穩(wěn)定，結(jié)合實(shí)際情況可知，每條生產(chǎn)線上的設(shè)備都需要安置在大底板上，因此，大底板的設(shè)計(jì)也是相當(dāng)重要的。在設(shè)計(jì)大底板的時(shí)候，需要通盤考慮，一是要合理控制兩設(shè)備之間的距離，二是要合理設(shè)置機(jī)器人夾爪所能延伸的范圍，做到布局合理，錯(cuò)落有致[2]。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的困難

（1）設(shè)計(jì)人員要承擔(dān)更多責(zé)任。該系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)中，需要每名設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)一條生產(chǎn)線。結(jié)合實(shí)際情況可知，以往的系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中，工作人員均是負(fù)責(zé)生產(chǎn)線中的一臺(tái)或兩臺(tái)設(shè)備，工程線的設(shè)計(jì)研發(fā)通常是合作完成。這表明，這對(duì)設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)生產(chǎn)線的完整性進(jìn)行分析，了解生產(chǎn)線中存在的不足，及時(shí)進(jìn)行彌補(bǔ)，避免有關(guān)問題的發(fā)生。與此同時(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)人員而言，工作量增加，對(duì)此需要設(shè)計(jì)人員需要付出更多的努力，解決實(shí)際困難，保障系統(tǒng)運(yùn)行過程的可靠。

（2）設(shè)計(jì)“缸蓋打標(biāo)站和數(shù)據(jù)螺栓擰松站”生產(chǎn)線存在一定難度，結(jié)合設(shè)計(jì)工作的實(shí)際情況來看，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)曾研發(fā)過數(shù)據(jù)螺栓擰松站，然而從設(shè)計(jì)效果上來看，存在較多的問題。如設(shè)計(jì)過程中數(shù)據(jù)輸入控制往往難以達(dá)到理想的擰緊效果;螺栓旋擰過程中，存在信號(hào)中斷、旋擰未有效執(zhí)行的現(xiàn)象;也存在一些旋擰力矩過大、一些旋擰件旋擰力矩較小的情況，無論力矩旋擰過大或過小，均會(huì)造成加工件生產(chǎn)品質(zhì)問題?；诖?，如何解決以上問題，促使缸蓋打標(biāo)站和數(shù)據(jù)螺栓擰松站研發(fā)設(shè)計(jì)符合要求，是設(shè)計(jì)工作中要重點(diǎn)解決的問題。

3.3 設(shè)計(jì)問題的解決思路

由于之前設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)螺栓擰松站，且存在著這樣那樣的問題，實(shí)際效果不盡如人意。因此，這個(gè)項(xiàng)目決定充分借鑒以往經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行徹底顛覆以往的設(shè)計(jì)思路，以全新的思路來設(shè)計(jì)。經(jīng)過反復(fù)推敲，決定采用類似于十字滑臺(tái)的形式進(jìn)行布置。具體而言，初步流程中，由機(jī)器人抓取工件，待抓取完成后借助運(yùn)行控制程序，將工件移動(dòng)到數(shù)據(jù)螺栓擰松站工作位;待移動(dòng)到數(shù)據(jù)螺栓擰松站工作位后，通過定位儀分析確認(rèn)位置，之后通過擰緊槍進(jìn)行擰松操作;待加工件由螺栓擰松后，夾爪再次將加工件夾緊，通過無桿汽缸移動(dòng)至數(shù)據(jù)螺栓處，并夾緊數(shù)據(jù)螺栓，隨后再通過無桿汽缸回到放料處，放置數(shù)據(jù)螺栓。為了確保螺栓擰松效果，設(shè)計(jì)中，還額外設(shè)計(jì)了一處防掉落接料盤，接料盤通過傾斜的不銹鋼料盒接入接料傳輸輥道，這樣就能有效地保證擰松完的數(shù)據(jù)螺栓不會(huì)由于意外而掉落在底板上[3]。

3.4 缸蓋打標(biāo)站和數(shù)據(jù)螺栓擰松站的研發(fā)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的技術(shù)主要包括伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、自動(dòng)定位技術(shù)、自動(dòng)擰緊技術(shù)、自動(dòng)打標(biāo)技術(shù)等。根據(jù)生產(chǎn)加工需求，系統(tǒng)運(yùn)行中，需要準(zhǔn)確對(duì)缸蓋進(jìn)行定位，同時(shí)實(shí)現(xiàn)擰緊頭的準(zhǔn)確旋入。為了實(shí)現(xiàn)這種加工效果，根據(jù)加工件的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套定位夾緊裝置，具體采用位置開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)加工件的準(zhǔn)確定位。在夾具位置的頂部分別采用了兩個(gè)平面接觸定位塊，以及兩個(gè)圓錐形接觸定位銷，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工件的準(zhǔn)確定位與夾緊。加工運(yùn)行過程中，加工件借助輥道到達(dá)指定位置后，位置開關(guān)啟動(dòng)，氣動(dòng)氣缸伸出，夾具捕捉指定位置，將加工件代入加工環(huán)節(jié)。

設(shè)計(jì)中充分考慮實(shí)際需求，如結(jié)合擰緊頭需要移動(dòng)的情況，采用了多個(gè)滑臺(tái)實(shí)現(xiàn);由于擰緊頭需要對(duì)不同位置的螺栓進(jìn)行擰緊、水平方向移動(dòng)的間距要不同、要保障較高的加工精度，對(duì)此在充分考慮成本投入的情況下，設(shè)計(jì)了一套水平伺服驅(qū)動(dòng)裝置，以此實(shí)現(xiàn)擰緊頭的水平位移，核心在于伺服電機(jī)和滾珠絲杠。為了保障自動(dòng)運(yùn)行可靠，擰緊頭豎直和Z向移動(dòng)，可以有機(jī)結(jié)合氣動(dòng)裝置和液壓裝置實(shí)現(xiàn)，但考慮到實(shí)際的建設(shè)過程中，液壓裝置的成本，以及維護(hù)方面的成本較高情況，實(shí)際設(shè)計(jì)中，采用了兩個(gè)氣缸實(shí)現(xiàn)擰緊設(shè)備在豎直和Z向的移動(dòng)。打標(biāo)系統(tǒng)裝置設(shè)計(jì)中，根據(jù)系統(tǒng)需求，打標(biāo)機(jī)要能夠移動(dòng)運(yùn)行，基于此，設(shè)計(jì)了伺服電機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)打標(biāo)機(jī)的運(yùn)行，可以在橫向、縱向兩個(gè)方向移動(dòng)。打標(biāo)過程主要是借助氣動(dòng)式打標(biāo)設(shè)備，在自動(dòng)化運(yùn)行中，當(dāng)該設(shè)備收到打標(biāo)信號(hào)時(shí)，會(huì)執(zhí)行打標(biāo)。加工件打標(biāo)前位置會(huì)固定，進(jìn)而保障打標(biāo)的準(zhǔn)確[4]。

4. 項(xiàng)目驗(yàn)收

系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行了組裝建設(shè)，待系統(tǒng)機(jī)構(gòu)組成后，及時(shí)進(jìn)行了項(xiàng)目驗(yàn)收工作。首先，對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行執(zhí)行情況進(jìn)行確認(rèn)，從效果上來看，能夠穩(wěn)定運(yùn)行;對(duì)打標(biāo)執(zhí)行及效果進(jìn)行驗(yàn)證，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求;對(duì)螺栓擰松情況進(jìn)行驗(yàn)證，可以滿足擰松需要。良好的設(shè)計(jì)思路加上細(xì)心縝密的設(shè)計(jì)，使得這條生產(chǎn)線在實(shí)際生產(chǎn)中獲得了較好的效果，新設(shè)計(jì)的“數(shù)據(jù)螺栓擰松站”也被證實(shí)可靠實(shí)用[5]。

5. 結(jié)語(yǔ)

缸蓋是發(fā)動(dòng)機(jī)上的重要組成設(shè)備，生產(chǎn)加工過程中，確保缸蓋打標(biāo)精確、螺栓擰緊尤為重要，是保障發(fā)動(dòng)機(jī)有效運(yùn)作的基礎(chǔ)。對(duì)此，對(duì)于缸蓋的生產(chǎn)加工工藝的研發(fā)設(shè)計(jì)而言，應(yīng)確保每一個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量。文章以CSS P5自動(dòng)化流水線中的打標(biāo)站和數(shù)據(jù)螺栓擰松站的研發(fā)設(shè)計(jì)進(jìn)行了說明，螺栓旋入的數(shù)據(jù)化利于確保精確，也利于提升加工效率，進(jìn)而可以幫助到有關(guān)企業(yè)的發(fā)展。希望本文論述能夠?yàn)橛嘘P(guān)設(shè)計(jì)單位提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

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