電控離合器自動化生產線設計與實現

龍 波 胡俊生

(太倉光電技術研究所，江蘇 蘇州 215400)

1項目背景

1.1國內外現狀、水平和發展趨勢

電控離合器，簡稱ACS(Automatic Clutch System)，作為汽車的重要功能部件，它的可靠性和穩定性直接影響著汽車的整車質量[1]。

國外對汽車相關部件的研究開發比較早，其生產商全部采用具有現代化的裝配和測控手段、質量監控功能的系統和生產檢測設備進行生產，裝配質量可做到具有可追溯和跟蹤性。國內離合器生產企業缺少研發實力與經費，針對電控離合器的加工裝配工業復雜多變的特點和難點，成套裝配應用方面還存在技術瓶頸攻克更需要實際的項目經驗積累進行迭代優化[2]。要想實現電控離合器實時過程中性能檢測，必須要克服零件生產和裝配生產過程中的質量監控，才能實現真正意義上的工業4.0自動化生產線，做到超越人力手動或半自動生產的優品率，大大提升電控離合器的生產合格率。因此，研發一款適合我國國情的全新柔性化自動離合器生產線，也是國內汽車零部件生產企業實際發展的需要。

1.2項目開發的目的、意義及市場前景

本項目研究開發的“電控離合器自動化生產線”能滿足離合器的各種零部件精密裝配需要，應用了傳感檢測技術、RFID技術、在線精密測量技術、自動泄漏檢測技術、計算機網絡通訊技術等，實現了在線控制和跟蹤，做到分步裝配，分步檢測，其采用有效的人機組合，最充分地體現出設備的靈活性，通過將倍速鏈動態夾具輸送系統、隨性可切換夾具、單站工藝控制節點、可切換人工位工藝等提煉、優化、組合，從而實現多型號對應多套工藝配方的電控離合器自動化生產線的快速可切換裝配要求，確保了產品裝配質量并具有數據追溯性。

2項目概要

通過市場調研考察和對現有技術的研究分析[3]，重點研究了基于機器人裝配檢測技術的汽車電控離合器裝配生產線工藝流程及各個工藝環節的功能需求。研發設計的“電控離合器自動化生產線”融合和集成了先機的機器人裝配技術、工業計算機技術、在線測控技術、無線通信技術和柔性化裝配新工藝，實現了離合器裝配時功能部件和總裝的實時在線100%檢測、質量控制跟蹤以及過程質量監控，保證了離合器裝配質量，更好地滿足大批量生產。

通過本項目的研發設計及成果實施，擴大了公司的產能，增加了企業的經濟效益。預計2020年銷售額可達1140萬元，實現利稅273萬元。本項目設備具有自動化程度高、經濟可靠、運行平穩等特點，實現了離合器裝配時功能部件和總裝的實時在線100%檢測、質量控制跟蹤以及過程質量監控，保證了離合器裝配質量，更好地滿足大批量訂單生產。

3項目需求

“電控離合器自動化生產線”項目主線體單站之間的裝配傳送采用2.5倍速鏈結構，支架采用鋁合金鋼結構，傳送設計線速度為16 m/min。輔線體采用人工傳遞方式進行裝配，每一工位將采用人工操作來實現，工位設有監控與記錄功能配合主線工作。主線體單站每個單個托盤的載重量小于35 kg(包含托盤自身重量)，托盤裝有隨行工裝與夾具。每工位都設計有RFID信息讀寫頭。當托盤進入工位后，阻擋器將托盤自動擋停，設備自動完成裝配動作(或操作者將按照工藝要求進行裝配)，完畢后，讀寫頭將此站工藝參數發送至隨行托盤的儲存卡內，設備激活放行開關(或操作者按下放行按鈕)將托盤釋放到下一工位。軟件模塊共分為12個模塊：倍速鏈系統、RFID系統、單站控制系統、工藝路線系統、異常處理系統、單站人機交互系統、總站人機交互系統、數據庫接口系統、質量追溯系統、人員管理系統、設備看板系統、網頁看板展示系統。

主線體設計生產節拍：45 s每件，換型時間：45 min(需2～3人協調完成)。

設計產量：單小時計算產能80，設備移動率80%，實際單小時產能64件。

整條生產線采用西門子全新一代PLC (S7- 1500/1200)進行網絡及底層控制，終端沒有工控機將控制與監控全線運行狀態，應用層由數據庫及人機交換界面完成。

4項目開發情況

4.1設計目標

生產線已經從傳統的人工模式，向智能化、電子化、信息化、網絡化的高科技自動化的方向迅猛發展。綜合應用工業技術機控制技術、傳感技術、總線技術、RFID 數據采集技術、在線快速測控技術等技術研發設計一款“電控離合器自動化生產線”，實現低成本、柔性化、在線質量實時監控、相關參數可儲存可追溯的自動化裝配生產，是本項目的最終目標。

4.2研究開發內容

(1)電控離合器裝配工藝研究[4-5]。

(2)生產總線布局設計的研究，線體結構為主線與輔線結合裝配，主線共有17 個工序，輔線9個工序，主體傳送裝配采用2. 5倍速鏈結構，支架采用鋁合金鋼結構，設計線速度為12 m/min，每個托盤的載重量小于18 kg，托盤裝有隨行工裝夾具。全線每工位都設計有阻擋器，當托盤進入工位后，阻擋器將托盤自動擋停，操作者將按照工藝進行裝配，或自動裝配，完畢后操作者將按下放行開關將托盤釋放到下一工位，或自動放行，電器全線采用西門子PLC控制，終端設有工控機將控制與監控全線運行狀態，產線設計考慮4個系列產品裝配。輔線采用人工傳遞方式進行裝配，每一工位將采用人工操作來實現，工位設有監控與記錄功能配合主線工作。

(3)控制管路系統設計研究，控制管理系統由一臺數據管理監控計算、生產信息電子顯示屏、網絡通信主PLC、各個裝配檢測工作站PLC、激光打印機系統、RFID識別、倍速鏈輸送系統、分布式IO和對應執行對象組成。

4.3關鍵技術

(1)裝配過程中壓裝力、位移和速度多因子建模。裝配過程中壓裝力、壓裝位移的監控和壓裝速度的控制是精密裝配的基本要求。(2)裝配變形補償技術。設備控制系統應具有機械結構變形補償功能。(3)傳感器的選擇、使用和傳感器的在線標定技術是保證裝配質量的關鍵。(4)數據在線采集與處理技術。主要涉及PLC控制技術、分布式信號采集、數字化工廠管理軟件對接RFID射頻等技術。

5主要生產工藝流程

“電控離合器自動化生產線”全線共有27 個工作站，主要工作站包括：自動涂膠機、自動壓裝軸承機、伺服旋鉚機、換面裝磁極站、自動壓鉚信號環站、主板殼體雙工位機、擰緊機、主板深度檢測機、閥片安裝調試站、影像檢測機、裝配檢測機、主軸壓鉚機、從板上料機械手、自動注硅油機、螺絲預約擰機和擰緊機、激光打標機與條碼打印機、下料及總成鉚邊機。總控制器與各從站控制器以及遠程信號采集模塊通過PN通訊連接，切換產品型號和工藝配方通過上位機統一設定或通過現場單站上的人機界面完成設定，要求每個工作站生產節拍均為小于45 s。

6總結

“電控離合器自動化生產線”項目完成傳統汽車企業電控離合器自動化生產線的改造升級，實現了自動上下料，裝配、過程工藝質量檢驗、自動存儲、自動打標等工序功能，更好地解決人工檢測中檢測效率較低、誤檢率大等問題，具有較高的可靠性和實用性。

客戶驗收后認定：離合器壓裝的頂升機構采用中間氣缸頂升，兩邊氣缸塞墊塊的機構，該機構承受壓力為10 t，位置控制精度為±0.01 mm；離合器從板送料機構采用電磁分離技術，可有效分離對疊金屬鐵片；液壓系統采用變量泵，更節能，噪音更低。各項數據均達到了企業標準的要求，滿足客戶的定制需求，性能達到客戶配套產品的使用要求，提升了生產效率，節約了生產成本，降低了能源消耗，克服了目前汽車電控離合器裝配自動化設備的弊端，實現了實時在線100%檢測，保證了離合器裝配質量，更好地滿足企業大批量訂單生產，技術水平處于國內領先地位，經濟效益顯著，市場前景良好。