一種加工中心換型防錯裝置

張懷文 陸郁 胡蓉 葉子健 許雷明

上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司 發動機工廠 重慶市 401135

1 引言

汽車制造企業根據發動機排量和機型不同，設計多種型號的曲軸產品。不同曲軸型號尺寸存在差異。當型號切換時，部分機床夾具不能完全兼容換型前后兩種型號，需要更換夾具硬件（如卡爪、支撐、壓頭等）來保證工件被完全夾緊，此過程叫做夾具換型。本文分析了夾具換型時硬件使用錯誤可能造成的影響，以及一種利用光電傳感器信號數據和邏輯程序判斷換型硬件是否存在使用錯誤的防錯裝置。

2 曲軸型號介紹

我司發動機工廠主要生產兩種曲軸型號：型號A和型號B。型號A總長為444.46mm，適配排量1.5L自然吸氣發動機；型號B總長為410.4mm，適配排量1.2L自然吸氣發動機（見圖1）。

圖1 曲軸型號介紹

兩種型號總長相差34.06mm，當把兩種型號按軸向定位基準對齊擺放在一起時，可以看到各軸頸的軸向位置存在明顯差異（特別是距離基準較遠的軸頸）。

兩種型號曲軸的主軸頸直徑相同，但由于排量不同，兩種型號的曲拐半徑和連桿頸直徑有較大差異。

3 曲軸線OP10（工序1）夾具及換型零件介紹

為了分析換型零件使用錯誤會造成的影響，我們以曲軸線OP10工位為例進行演示，接下來我們先介紹該工位夾具及換型零件。

OP10夾具使用兩個卡爪分別夾緊第一主軸頸（A1）和第五主軸頸（A5）限制徑向位移，使用一個卡爪夾緊第一連桿頸（P1）限制角向位移，使用分中限制軸向位移（見圖2、3），至此，曲軸的6個自由度都被完全約束。

圖2 夾具夾緊示意圖

圖3 夾具三維圖

OP10夾具夾緊A1/A5/P1軸頸，為最邊緣軸頸，兩種機型軸向位置差異大，卡爪無法完全兼容兩種機型加工，故夾具換型時需要更換A1/A5/P1卡爪（詳見圖4，型號A曲軸對應卡爪A，型號B曲軸對應卡爪B）。

4 換型零件使用錯誤影響分析

型號A曲軸使用銑刀T01加工法蘭端面，型號B曲軸使用銑刀T02加工法蘭端面。

由圖4可知，型號A/B曲軸使用對應卡爪時，刀具不會與卡爪干涉，可正常加工；但當型號B曲軸使用卡爪A時，卡爪A會夾緊到錯誤的位置，加工時卡爪與刀具干涉，該情況可能導致主軸、卡爪、刀具損壞，造成嚴重的經濟損失。

圖4 換型零件干涉分析

5 換型防錯裝置

前期換型操作模式：兩種卡爪分別刻印對應產品型號，換型時切換并檢查。整個過程為人工操作，因人員精神狀態及工作疲勞等因素無法100%確認安裝過程，可能存在裝錯風險，且針對該風險的探測度低。

基于上述風險，我們開發使用一種換型防錯裝置。該裝置由支撐架、換型盒構成，換型盒內裝入換型零件（見圖5）。

圖5 換型防錯裝置示意圖

換型盒內有四個光電傳感器，分為兩組，傳感器1/2用于感應型號A零件是否在盒內，傳感器3/4用于感應型號B零件是否在盒內（見圖6）。

圖6 換型盒光電開關示意圖

每個換型零件下方有一個撥片機構（見圖7和圖8），當所有零件都在盒內，左上角光路被遮擋，光電傳感器無信號，右下角光路未遮擋，光電傳感器有信號；當所有零件都不在盒內，撥片由于重力繞軸轉動，傳感器信號反轉，左上角傳感器有信號，右下角傳感無信號；當所有零件不都在盒內，兩處光路均被遮擋，兩個傳感器均無信號。

圖7 換型盒光路示意圖

圖8 撥片示意圖

根據上述邏輯和4個光電傳感器信號，可以判斷型號A/B產品換型零件是否放置于換型盒，共分為以下6種情況：

情況一：傳感器1有信號，傳感器2無信號，型號A零件都不在換型盒內。

情況二：傳感器1無信號，傳感器2有信號，型號A零件都在換型盒內。

情況三：傳感器1無信號，傳感器2無信號，型號A零件不都在換型盒內。

情況四：傳感器3有信號，傳感器4無信號，型號B零件都不在換型盒內。

情況五：傳感器3無信號，傳感器4有信號，型號B零件都在換型盒內。

情況六：傳感器3無信號，傳感器4無信號，型號B零件不都在換型盒內。

實際生產中，加工型號A產品時，要求型號A零件都不在盒內，型號B零件都在盒內，故需要同時滿足情況一和情況五；當加工型號B產品時，要求型號A零件都在盒內，型號B零件都不在盒內，故需要同時滿足情況二和情況四；如不滿足以上情況，將會觸發機床報警。另外，情況三和情況六在任何時候都是不允許發生的，它們意味著正確的換型零件沒有被完全安裝到夾具上，所以這兩種情況會直接觸發機床報警。

通過實際使用證明，該技術可以起到很好的防錯作用，保證換型時更換的零件與加工產品對應，防止換型零件裝錯導致的各種問題。

6 結論

本文講述一種可防止換型硬件使用錯誤的防錯裝置。該裝置取消了傳統的目視檢查，規避人工錯誤風險，同時有效降低人工檢查的勞動強度及管理壓力，達到精益生產目標。防錯的方式分多種，如：產品設計防錯、工裝/設備裝置的防錯、技術工藝的防錯和人員的防錯等，實際操作時要根據實際情況選擇最合適、性價比最高的防錯方式。防錯雖然能夠在過程中最大限度地避免錯誤發生，但防錯裝置也有失效的時候，所以必須在生產過程中定期的驗證和維護，才能保證防錯裝置的正常運行。