發(fā)動機缸蓋機加線一站式隨行托盤的應用

魏森　譚健祥　張觀福

摘 要：發(fā)動機缸蓋型號多、更新?lián)Q代快，便建設(shè)了以隨行托盤為主要夾具的生產(chǎn)線，并充分利用隨行托盤的優(yōu)勢，兩種方式定位，一站式使用，數(shù)據(jù)追溯，機械防反，大為提高了生產(chǎn)線的柔性化，本文將從隨行托盤的機械結(jié)構(gòu)、RFID數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和工藝路線來分析隨行托盤的應用性和優(yōu)勢所在。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機缸蓋加工 柔性化 隨行托盤

在消費者對汽車性能要求越來越高，越來越多樣化的今天，發(fā)動機的性能和型號也多樣化起來，為了應對不同型號，不同類別發(fā)動機的需求，有效節(jié)省項目改造時間，加快產(chǎn)品推出速度，目前，企業(yè)在缸蓋機加線上采用了隨行托盤的方式，高效地進行產(chǎn)品的更新?lián)Q代。

1 隨行托盤簡述

由毛坯到成品的過程中，即工件在生產(chǎn)線上生產(chǎn)時，需要限定其6個自由度，固定其在空間中的位置，從而確保加工、試漏等工序的位置精度，使工件的工序過程滿足產(chǎn)線工藝設(shè)計要求，生產(chǎn)出質(zhì)量合格且穩(wěn)定的成品。

企業(yè)采用了隨行托盤的方式，與共用夾具和快換夾具相比，隨行托盤有以下優(yōu)勢：

第一，共用夾具要求產(chǎn)品外型和工藝基準基本保持一致，在產(chǎn)品多樣化的今天，考慮到不同產(chǎn)品之間夾具干涉，需要銷孔設(shè)計避讓，或夾具設(shè)計時采用快速換銷結(jié)構(gòu)，而隨行托盤僅需托盤定位銷控、定位面和緊固螺紋孔保持相對位置即可，簡化了產(chǎn)品和夾具的設(shè)計復雜度;

第二，快換夾具是針對某一鐘型號產(chǎn)品單獨設(shè)計的夾具，只對某一種型號的產(chǎn)品適用，在換型生產(chǎn)時，需要重新設(shè)計夾具，并更換設(shè)備上的夾具，而隨行托盤只需要在產(chǎn)品設(shè)計之初，保證其定位和安裝的位置即可，節(jié)省了新增夾具成本和換型時間、人力成本;

此外，隨行托盤帶有RFID（Radio Frequency Identification）芯片，在生產(chǎn)線上每臺設(shè)備會讀取芯片中工件的型號、唯一識別碼和上一工序的加工情況，在加工情況合格后，再調(diào)用相應型號的程序，而后進行本道工序的加工和寫入;這能有效杜絕人為參與情況下，手動選擇程序錯誤、工件加工不合格和工件漏工序、跳工序加工情況的發(fā)生;還能實現(xiàn)多種型號產(chǎn)品的混線生產(chǎn)。

2 隨行托盤的結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)分為機械結(jié)構(gòu)和RFID的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

機械結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，首先是共有A和B兩種類型的一面兩銷定位結(jié)構(gòu)，一面兩銷，即一面限定工件在Z軸方向移動，繞著X軸和Y軸轉(zhuǎn)動共三個自由度，圓柱銷限定工件在X軸和Y軸方向移動共兩個自由度，菱形銷限定工件繞Z軸轉(zhuǎn)動一個自由度，合計6個自由度，工件與隨行托盤達成完全定位。一面兩銷結(jié)構(gòu)中，通過四顆M8×1.25的螺栓使用22±2N·M的緊固力矩實現(xiàn)缸蓋與隨行托盤的夾緊，在圖一和圖二中A面和B面上的四顆螺栓分別為A類和B類定位基準的夾緊螺栓。此外，為了最大程度兼容不同型號的缸蓋，降低產(chǎn)品設(shè)計兼容性的難度和節(jié)省設(shè)計成本，隨行托盤上設(shè)計A和B兩種在不同位置和不同高度的一面兩銷定位結(jié)構(gòu)。

其次，裝有隨行托盤的工件在生產(chǎn)線上生產(chǎn)時，為了防止工件流進設(shè)備的方向發(fā)生錯誤，會單獨在輥道上增加機械防錯，在沒有隨行托盤的情況下，需要針對當前生產(chǎn)缸蓋型號單獨設(shè)計防錯，而采用隨行托盤的方式，如圖3所示，在隨行托盤一側(cè)上增加兩個防反塊，另一側(cè)空著，利用這兩者之間的高度差，在輥道上增加機械防錯擋塊，一勞永逸的解決不同缸蓋型號之間機械防錯的麻煩。

此外，圖4所示隨行托盤的結(jié)構(gòu)，是隨行托盤在CNC夾具上的裝夾狀態(tài)。

夾具通過兩個定位銷和面接觸實現(xiàn)與隨行托盤之間的定位，如圖5所示為隨行托盤上的定位面和銷孔位置;

而后通過四個液壓漲銷夾緊隨行托盤，漲銷位置如圖6所示。

液壓漲銷為錐形斜面，見圖7，當漲出時，隨行托盤會被固定在定位面上，錐形孔如圖8所示;而且液壓漲銷有液壓表顯示數(shù)值，當數(shù)值不在規(guī)定范圍內(nèi)時，機床自動報警，停止加工。

在隨行托盤的左右面有四個機械手定位孔，如圖9所示，圖中顯示其中一面的兩個定位孔，在其背后相同位置還有兩個定位孔。定位孔的設(shè)計是用來滿足機械手從輥道或者CNC中抓取、放入隨行托盤的需要。

最后，隨行托盤的中間區(qū)域被設(shè)計成圖10所示結(jié)構(gòu)。在缸蓋排氣面加工完并裝到隨行托盤上后，后面清洗工序要清洗排氣面，以去除缸蓋內(nèi)部的切屑液、鋁屑，因此在該位置進行開口設(shè)計。

RFID芯片共有兩千字節(jié)，每字節(jié)八位。

在地址50-51輸入工件類型，50-65輸入工件唯一識別碼，160-161記錄工件由哪臺設(shè)備加工，162-165記錄工件的加工狀態(tài)，即加工合格件，斷刀件，質(zhì)量檢查件等信息，地址200-949中分別儲存的是每個工位設(shè)備加工工件時的時間和加工狀態(tài)信息，每個工位的加工狀態(tài)是判定每個工位設(shè)備加工是否合格，是斷刀件還是返修件，而162-165中記錄的加工狀態(tài)是最后加工工件時設(shè)備所輸入的信息。

這些信息保存在RFID中，通過輥道上安裝的讀碼頭可讀取信息，判定工件類型和加工狀態(tài)，設(shè)備自動允許對應的加工程序或者旁路程序;工廠內(nèi)的通信接口也通過設(shè)備實時監(jiān)控到每件工件的加工狀態(tài);遠程連接到公司網(wǎng)絡(luò)時，還可以遠程監(jiān)控現(xiàn)場工件的生產(chǎn)狀態(tài)和質(zhì)量情況。

3 工藝路線

缸蓋生產(chǎn)線是基于隨行托盤設(shè)計的，一站式的使用隨行托盤是在加工完缸蓋排氣面，即托盤安裝面之后就開始使用，直到加工結(jié)束。

考慮到產(chǎn)品、工藝、測量的一致性，加工托盤安裝面時，是以缸蓋的毛坯基準為定位點，如圖12所示，底面的三點擬合成一個面限定缸蓋三個自由度，確定缸蓋高度方向的基準，側(cè)面的兩點擬合成一條線限定缸蓋兩個自由度，其中一點確定缸蓋寬度方向的基準，對稱式的兩點限定缸蓋一個自由度，確定缸蓋長度方向的基準。

其后，如圖13所示，對關(guān)鍵尺寸的加工，即產(chǎn)品幾何特征要求高的加工部位，與產(chǎn)品圖紙基準保持一致，加工時，隨行托盤與機床夾具完成定位、夾緊，然后使用探針探測基準孔的位置后，計算誤差擬合進CNC程序中進行加工;對缸蓋上其它一般特征，均是使用隨行托盤的基準完成加工，然后使用產(chǎn)品基準完成對工件的測量，以讓加工完的工件符合產(chǎn)品圖紙要求。

在這里面，所有加工設(shè)備、清洗設(shè)備、壓裝設(shè)備、擰緊設(shè)備的定位和夾緊，均是使用隨行托盤，可避免因不同定位夾緊設(shè)備而產(chǎn)生的定位誤差，在不同設(shè)備之間設(shè)置的機械防錯也簡化為利用隨行托盤設(shè)計的防反裝置即可，且對不同型號的缸蓋而言，避免了重新設(shè)計夾具，降低了改造時設(shè)備兼容的難度。

在RFID的循環(huán)使用上，在安裝隨行托盤工位，RFID被設(shè)備寫入當前工件的識別碼、加工狀態(tài)，這些信息是通過前一工位的通信接口傳輸?shù)桨惭b隨行托盤工位中;隨后，芯片一直被不同工位的設(shè)備讀出寫入信息，當工件由前一工位加工的合格工件時，當前工位才能加工，這能杜絕斷刀件、加工不合格件、漏工序加工件流入加工。

到拆隨行托盤工位時，RFID芯片會被設(shè)備讀取信息到企業(yè)內(nèi)部服務器保存后重置，這些RFID芯片將隨著AGV小車回到托盤安裝工位重新和工件安裝。

4 小結(jié)

缸蓋機加線采用隨行托盤的方式進行定位夾緊，是特別有利于多品種機型共線生產(chǎn)和生產(chǎn)線改造升級的。如對不同型號缸蓋之間，只需改動CNC的NC程序，而無需對CNC的夾具進行更改，對行架機械手而言，對不同型號缸蓋的改造也僅需改動軟件部分，對導管座圈壓裝機，也主要改動其程序即可。這讓項目改造的時間大為縮短，兼容多品種機型的難度也大為降低。

也是特別利于零件追溯，工件在生產(chǎn)線上的信息均可通過讀取RFID得到，且通過RFID能實現(xiàn)不同型號的共線生產(chǎn)。

對新產(chǎn)品的試制工作也可由隨行托盤裝夾進行試制，時間成本和金錢成本都大幅降低。

參考文獻：

[1]劉杰. TU5JP4/EW10J4缸蓋柔性生產(chǎn)線的設(shè)計及建設(shè)介紹.技術(shù)與市場，2008-31（No.14）APT：42-45.

[2]周伙英.馬小娟.多品種機型共線夾具技術(shù)研究.nternal Combustion Engine&Parts，2018.07.043：91-92.