發動機混裝線擰緊防錯技術應用

陶勇偉

(江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330000)

傳統發動機裝配工具大多采用氣動擰緊工具和未增加防錯功能的電動擰緊工具裝配發動機螺栓，氣動擰緊工具扭矩過程中無傳感器裝置監控扭矩，容易造成虛假力矩產生，同時無實時的動態力矩輸出，螺栓最終的擰緊質量無法保證；氣動擰緊工具和未增加防錯功能的電動擰緊工具需要依靠人工對螺栓擰緊次數計數實現監控，作業者經常會因錯誤操作或遺忘而發生失誤。為了滿足CC及SC關鍵特性要求工位或對精度要求更高的擰緊工位，應采用精度更高的擰緊工具，同時與現代裝配線上其它控制設備通訊充分發揮電動擰緊設備防錯功能，防止螺栓漏裝、錯裝，同時識別裝配過程中質量缺陷螺栓，防止螺栓錯裝、多裝、漏裝及螺栓力矩衰減，確保螺栓裝配質量，達到發動機零缺陷裝配要求。

1 螺栓擰緊質量控制策略

螺栓擰緊扭矩控制策略主要有：扭矩控制法、扭矩轉角控制法、屈服點控制法、伸長量控制法等4種。針對江鈴汽油發動機螺栓力矩控制方式主要運用的有扭矩控制法和扭矩轉角控制法。

扭矩控制法：直接施加在螺栓的力矩，通過螺紋產生夾緊力把連接件夾緊，旋轉螺母或螺絲使螺桿受力伸長，螺桿伸長產生的夾緊力把連接件夾緊。

扭矩角度控制法：先將螺栓擰至產品規定扭矩，再從此扭矩開始，擰一個產品規定的轉角。扭矩轉角控制法的關鍵就是確定轉角，當轉角被確定后就可以獲得相當高的精度。

針對CC及SC項螺栓，通常會采用力矩轉角法控制，該擰緊方式的優勢可以增加螺栓利用率，比如為了產品輕量化或由于產品空間受限等因素，使用小一號螺栓通過擰緊提高利用率以達到大號螺栓的夾緊力要求；應對連接件摩擦系數不穩定及零部件來料一致性不穩定等因素，采用該擰緊方式可以達到螺栓需求的夾緊力要求。在工具選型及配置上通常會考慮擰緊軸及增加工具扭力臂輔助裝置的擰緊槍以確保螺栓擰緊質量。

2 擰緊程序防錯

2.1 擰緊程序調用方式

根據小藍汽油機裝配工藝原理要求，所有工位發動機螺栓擰緊程序是由工位控制程序調用，當發動機托盤進入裝配線工位后，PLC通過識別發動機托盤上RFID信息獲取產品型號以判斷JMC G501系列和FORD G502系列機型，PLC調用對應機型的擰緊程序并發使能給工位擰緊工具，觸發擰緊工具執行擰緊任務；擰緊工具收到PLC命令后工具控制器會顯示程序號并結合工位HMI屏顯示操作內容，指導操作人員操作擰緊工具，擰緊工具完成每個過程任務按工藝制定順序逐一反饋給工位PLC，PLC具有螺栓擰緊合格的計數功能，在滿足工藝要求的條件下PLC判斷合格，發動機才會合格放行至下一個工位，保證工位不漏擰及多擰發動機螺栓。針對離線工位，掃描不同機型二維碼PLC調用對應機型擰緊程序，執行完擰緊任務后，擰緊工具自動鎖住工具，由員工再次執行掃碼動作后，擰緊工具會進行下一臺發動機裝配任務；當工位出現擰緊不合格時，擰緊槍會被自動鎖住，需按HMI上解鎖按鈕解鎖擰緊槍反松出螺栓重新擰緊。普通螺栓擰緊共有3次擰緊機會(帶膠螺栓及裝配規范要求除外)，當出現3次擰緊不合格時，PLC不再發使能給擰緊工具，PLC直接判定工位不合格，發動機不合格下線。

2.2 擰緊程序防錯

擰緊工具自帶程序防錯功能，使用擰緊工具時通常需要將這些功能激活，這樣才可以充分發揮擰緊工具的程序防錯功能。常見且實用的功能有：擰緊工具開啟并激活螺栓重復擰緊報警(防止合格信號被占用造成其他螺栓漏擰、保護螺栓)、擰緊槍扳機提前松手報警(防止產生虛假扭矩)、程序計數功能(防止螺栓多擰、漏擰)、角度及力矩上下限監控功能(提高擰緊質量及過程監控)等、運用這些防錯功能可以幫助操作人員消除操作過程中因不正當操作或錯誤操作導致的螺栓漏擰、擰緊不到位等擰緊質量問題。

裝配針對扭矩控制法擰緊螺栓，發動機產品裝配規范手冊已明確扭矩上下限作為力矩監控窗口，同時結合收集角度數據利用3Sigma準則確定上下限作為角度的監控窗口；針對扭矩轉角法控制的螺栓，按發動機產品裝配規范角度上下限作為角度監控窗口，通過收集扭矩數據利用3Sigma準則確定上下限作為扭矩的監控窗口；結合工具自帶防錯功能，可實現螺栓擰緊過程的檢測及監控報警。

擰緊程序通常會考慮多步擰緊方式，手持式擰緊槍一般分2步擰緊，擰緊軸可根據裝配規范要求及生產實際情況設置擰緊步驟；分步擰緊可以更清楚了解擰緊每個過程中的細節、提前識別擰緊過程零部件質量問題及消除擰緊過程中的應力防止螺栓力矩出現衰減，確保最終的螺栓擰緊質量。

3 擰緊數據收集及統計

整線工位的擰緊數據及對應曲線由每個工位阿特拉斯擰緊控制器本地數據庫發給阿特拉斯服務器，阿特拉斯服務器再將數據及對應力矩時間曲線、角度時間曲線、力矩角度曲線發給QualityWorX服務器，實現擰緊數據及對應曲線的收集、追溯及統計分析。在QualityWorX系統里可以看到發動機序列號、生產時間、擰緊數據(扭矩/角度)、擰緊狀態(OK/NOK)、力矩時間曲線、角度時間曲線、力矩角度曲線等。工程師通過對數據及曲線的分析，可以進一步了解各生產時間段工具的運行情況、零部件來料狀態等，同時可以進一步優化擰緊程序及增加程序防錯功能以達到識別過程中的缺陷問題，提高工位FTT。

4 結語

螺栓在裝配中的作用不可或缺，擰緊質量決定產品質量，為保證產品質量和減少員工操作上的出錯率，我們首先會把擰緊程序的參數優化及監控功能完善，同時結合線體控制程序的通信及互鎖來增加防錯的可靠性；通過歷史數據及曲線，可以了解當前零部件及操作工作業狀態并預判未來的趨勢，可以制定預防措施，使制造過程的管理水平不斷推向新的高度；通過歷史數據及曲線，我們可以持續完善和優化過程參數及防錯程序，使程序防錯效果進一步提升。