電動裝置總成柔性裝配線工藝研究

韓 松

揚州電力設備修造廠有限公司 江蘇揚州 225003

目前，國內外電動裝置行業發展快速，市場競爭愈發激烈，涉及領域也從發電、冶金、給排水等公共行業，拓展到核電、石化、軍工等精密行業。質量和生產成本是電動裝置的主要評價指標，在市場競爭能力方面起決定性作用［1-4］。降低成本，保證性能，并提升電動裝置質量，已成為各生產廠家及終端客戶的追求［5］。

筆者所研究的電動裝置總成柔性裝配線從立項到交付使用，并能批量生產，歷時2年，其各項技術指標均達到設定目標要求。

1 產品結構

電動裝置總成主要由驅動電機、蝸輪蝸桿傳動機構、轉矩控制機構、行程控制機構、手切換機構、手動組件、接線部件和操作罩蓋部件等組成，如圖1所示。

2 生產條件

現有車間場地為東西方向長50 m、南北方向寬15 m的一跨廠房，利用現有場地進行電動裝置總成柔性裝配線的布局設計，以滿足裝配及檢測各工藝過程的設備安裝，同時實現各工位物料的自動輸送和線邊物料配送等功能，保證產品質量，減輕勞動強度，提高生產作業效率。

3 關鍵技術

利用專用設備和工裝安裝軸承和密封件，保證裝配質量和使用功能。電動裝置總成中的滑動軸承和滾動軸承起支撐回轉零部件的作用，密封件則起保護回轉潤滑密封和防漏的作用，對于保證旋轉部件工作的可靠性、傳動效率、精度、承載能力及工作壽命等都起著關鍵性作用。因此，在批量上線裝配過程中，合理選擇軸承和密封件的裝配方法，保證裝配質量和裝配精度，是設計中需要解決的關鍵問題［6］。

圖1 電動裝置總成

利用自動檢測技術，保證蝸輪蝸桿傳動轉矩的裝調可靠性。電動裝置總成不但要滿足運行的基本性能和功能，而且要保證在不同環境下長期穩定運行。如果蝸輪蝸桿傳動轉矩功能失效，將會直接導致電動裝置甚至閥門損壞。在電動裝置總成裝配完成后，必須對轉矩功能進行100%檢測。傳統的檢測方式是靠人工使用專用工具進行檢測并調整，直到滿足技術要求，操作方式復雜，效率低，勞動強度高，準確性差。如何實現電動裝置性能和功能的自動檢測，提高作業效率，降低勞動強度，保證產品質量，是需要解決的關鍵工藝技術難點。

通過對電控組件進行功能檢控，可以保證電動裝置就地、遠方或總線控制的可靠性［7-8］。電動裝置的電控組件相當于人的大腦，一旦功能失效，電動裝置就好像成了植物人，不能正常按指令運行。目前對電控組件的功能檢查都是依靠人工按操作步驟進行，如果出現步驟遺漏或跳步等問題，功能失效的風險就會增大，因此人為因素對其影響較大。如何實現可靠的電控組件功能檢控，降低風險，保證控制功能的可靠性，也是需要解決的關鍵工藝技術難點。

通過對傳動配合位置精度的調整，使傳動達到最優與效率最高。傳動部件的配合尺寸有公差范圍，公差的累積會影響配合精度，如嚙合、等高和同軸等。如果配合精度未達到設計要求，電動裝置在運行過程中就會出現傳動效率低、有異聲、易損壞等問題。如何方便調整傳動配合的位置精度，達到設計最優要求，是電動裝置正常運行的重要條件［9-10］。

采用輔助專機，可方便電動裝置總成的裝配和調試，降低勞動強度，提高作業效率。輔助專機有自動擰緊機、自動翻轉機、自動氣密性機、自動加油機、自動拆螺絲機、機器人等。

4 工藝設計目標

工藝設計目標的重點如下：結合裝配線，制訂電動裝置裝配的工位和工序；實現在線自動檢測電動裝置的性能和功能；解決裝配和調試過程中自動裝夾、自動對接和自動翻轉等關鍵技術。最終實現的目標是：數值化控制作業、掃碼裝配和調試，保證產品質量檢測數據的可追溯性和質量問題的可分析性，提升產品質量，并提高產能，規范物料配送，同時使設備操作安全可靠。

4.1 自動抓取并安裝軸承與密封件

在裝配過程中，軸承和密封件不能損傷且需保持清潔，安裝過程中位置要準確。采用專用設備和工裝，既保證了壓裝位置精度，又消除了人為作業所產生的損傷和污染，同時保證了軸承和密封件的裝配質量，提高了產品的整體水平。軸承與密封件安裝分別如圖2、圖3所示。

圖2 軸承安裝

圖3 密封件安裝

4.2 自動檢測設備

性能和功能的可靠是保障電動裝置正常運行的必要條件，必須100%進行檢測。采用測試系統進行電動裝置在線自動檢測，系統軟件應按照流程實現一鍵式操作。按照程序設定好的順序，逐一測試。測試合格后，進行下一步測試。測試完每一項，均應記錄數據，確保在故障情況下能實現自我保護，并可以切換到手動操作。測試系統采用分布式測試系統，各測試臺為單個數據采集單元，采用單獨的數據采集控制模塊對各項數據進行采集和處理。各測試單元測試數據經過網絡連接，傳送至大屏幕實時顯示，并傳送至上位機數據庫進行保存和處理。采用模塊化設計，將各個數據采集單元模塊整體集成，自留網絡接口，測試系統通過網絡相連。自動檢測系統如圖4所示。

4.3 柔性化裝配作業

電動裝置總成柔性裝配線需滿足八種型號產品的裝配作業，裝配線的托盤、夾具和工具品種較多，而且還要根據生產訂單的需要隨時切換裝配品種。因此，在新的工藝設計中，必須考慮以上問題，滿足品種切換方便、工件裝夾便捷、存儲占用空間最小化和制造成本最低化的要求。通過反復研究和優化，決定托盤采用增加過渡盤的方式，統一與線體的連接接口；夾具采用活塊式，可根據工件的形狀差異進行調整；工具采用分級和分段的方式，將八種型號產品總成相類似的工序提前進行統計規劃，盡量在相同工位上使用相同的工具。

圖4 自動檢測系統

4.4 利用輔助專機實現自動化作業

電動裝置總成柔性裝配線利用機器人進行上下料操作和裝配，保證裝配總成的位置精度要求。利用自動擰緊機進行各類連接螺栓的擰緊作業，保證擰緊力矩。利用自動翻轉機代替人工翻轉作業，減輕勞動強度。利用自動氣密性機和自動加油機，提高工作效率。輔助專機的使用，能更好地實現自動化作業的設計要求，達到提升產品質量的目標。

4.5 信息捆綁、讀取和追溯

電動裝置總成柔性裝配線在每個托盤上安裝射頻識別卡，同時在必要的工位配置掃描槍和讀寫頭，將裝配人員信息和零件裝配信息等與裝配件進行有效捆綁，實現相關信息的追溯。在裝配作業過程中，將所有需要的裝配信息都保存到射頻識別卡中。在每個作業工位設置顯示屏，顯示屏顯示當前作業的工藝要求，提醒操作者完成裝配作業，如圖5所示。

圖5 作業工位顯示屏

5 物流與工位器具的設計

在電動裝置總成裝配工藝設計中，物流及工位器具也是重點之一。要求充分利用現有場地，最大化實現物料的定量化上線，通過工位器具準確輸送零部件上線，盡可能滿足操作者在生產作業中能以最近距離拿取工件，減少作業中扭轉取工件的作業方式。對連接螺栓、彈性墊片、擋圈等批量性標準件物料，按照品種單件需求數量，采用設定的標準料盒進行裝載，直接放置到工位器具中。操作人員在各自的作業工位可近距離拿取標準件進行裝配，提高了作業效率。定量配送物料的方式可以杜絕裝配作業過程中的錯裝和漏裝，提高品種裝配的保障能力。對質量達到5 kg的零件，均采用機械手臂進行吊裝作業，減輕操作人員的勞動強度。

通過工藝分析及論證，在新裝配線工藝設計中，電動裝置總成柔性裝配線實現了蝸輪蝸桿傳動機構、轉矩控制機構、行程控制機構、手切換機構、手動組件、接線部件和操作罩蓋部件等的分裝再輸送上線功能。工藝實施后，提高了裝配線的作業效率，減少了主裝配作業區的物料存放及轉運。將部件所需的物料在各自的分裝區進行集中定置擺放，有效利用場地空間，實現物料定置、定量和物流順暢的目標。

通過對物料工位器具擺放及物料上線方式的設計管控，實現了定時定量的物料配送，減小了物流運行成本，降低了裝配現場的制品數量，進而降低了生產成本。

新的電動裝置總成柔性裝配線列入生產序列投入使用后，作業人員均可在兩步以內完成物料的拿取，操作者可以在個人的作業工位上直立便捷地取用物料，降低了勞動強度，提升了生產效率。

6 結束語

新裝配工藝設計在電動裝置總成柔性裝配線上的成功應用，有效解決了電動裝置總裝過程中的技術難點，降低裝配過程中操作者的作業勞動強度。裝配質量達到了設計目標，各項技術指標均100%合格，采用系統數據使工藝參數可追溯，采用制造執行系統執行遠程作業控制，提高了生產現場的管控水平。