淺談帶有冷卻裝置和低成本快換接口的高精度擰緊槍

薛飛，支文駿，秦利剛

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

1 發(fā)明背景

缸蓋三線的AF370工序是手動擰緊缸蓋排氣面螺栓的工位，如圖1所示。按照工藝需使用高精度擰緊槍，按照24n/m的扭矩要求，擰緊4個螺栓。擰緊槍能力恰只能滿足原規(guī)劃40s節(jié)拍，由于產能提升至30s節(jié)拍后，該工位操作工反映，生產3h左右，該擰緊槍能力不足導致發(fā)燙，無法握上去，如停下散熱，節(jié)拍將重新降至40s，如果繼續(xù)強行使用，由于電機溫度過高，擰緊槍會很快發(fā)生故障，甚至燒壞電機。儼然，AF370已經成為缸蓋分裝的瓶頸工位，如需徹底解決該問題，需要新增自動擰緊站或者增加1臺相同手動擰緊工位（按照AF370設備原值約50萬元），2把擰緊槍交替使用，才能避免擰緊槍過熱。同時，原有擰緊槍主軸與螺栓擰緊工具的連接方式是通過擰緊槍主軸上的彈子（彈性銷）實現(xiàn)，如圖2所示，即擰緊槍主軸前部是一個凸起的方身，開有1個橫向的階梯孔，內部有階梯軸型的彈子、彈簧、堵頭等組成的彈性銷結構。螺栓擰緊工具底部有1個方的凹槽，垂直凹槽的兩側開有通孔。安裝螺栓擰緊工具時，先將螺栓擰緊工具的方型凹槽對準擰緊槍主軸上的方身。螺栓擰緊工具上的方型凹槽側面的圓孔對齊螺栓擰緊槍主軸方身上橫向彈子的方向，將方身插入方孔內，在螺栓擰緊工具的擠壓作用下彈子被壓縮，當擰緊工具上的橫向孔與彈子位置對齊時，彈子在彈簧力的作用下彈出，如圖3所示，插入在擰緊工具上的橫向孔內，正常使用擰緊槍時，擰緊工具對彈子產生的橫向剪切作用，會使彈子產生斷裂。這樣就需要拿回原供應商廠家更換擰緊槍主軸才能修復。同時，高精度擰緊槍還是保障螺栓扭矩的重要工具。修復后必須到有資質的第三方檢測機構標定。因此修復周期長、成本高。

圖1 現(xiàn)有技術的擰緊槍

圖2 現(xiàn)有擰緊槍主軸與螺栓擰緊工具的連接方式剖面圖

圖3 現(xiàn)有擰緊槍主軸與螺栓擰緊工具的連接方式等軸側圖

2 現(xiàn)有技術中已有解決方案及弊端

2.1 現(xiàn)有技術中針對擰緊槍過熱的解決方案及存在的缺點

（1）更換功率更大的擰緊槍，減少擰緊槍電機過載量。但該方案會增加擰緊槍的成本，同時，大功率擰緊槍體積大、重量重，會增加操作工的勞動強度。

（2）同一工位安裝2把擰緊槍，待一把使用過熱后立即切換另一把。但該方案會增加擰緊槍的成本。同時，不便于區(qū)分缸蓋的螺栓到底是由哪一把擰緊槍擰緊的，一旦擰緊槍扭矩有問題不便于追溯。

2.2 現(xiàn)有技術中針對擰緊槍彈子容易斷裂的解決方案存在的缺點

培訓操作工輕拿輕放工具的習慣，避免敲擊擰緊工具。但正常使用過程依然會產生一定的沖擊，不能從根本上解決擰緊槍彈子容易斷裂的技術問題。

3 發(fā)明實質內容

發(fā)明一種帶有冷卻裝置和低成本快換接口的高精度擰緊槍（專利受理號202121523376.2），其特征為在現(xiàn)有技術的高精度擰緊槍基礎上增加1套擰緊槍電機冷卻裝置和1種擰緊工具的快換連接方式。

電機冷卻裝置具體結構及使用過程如下：

（1）連接關系，如圖4所示，件1螺栓擰緊工具通過銷、橡膠圈與件10擰緊槍主軸方身連接。件2消音排氣閥與件3散熱器上殼體的排氣口連接，消音排氣閥可以減少壓縮空氣排放時候的噪音。件3散熱器上殼體與件11散熱器下殼體通過件4螺栓、螺母連接，該散熱器殼體由導熱性良好、密度低的鋁合金制作。件5水箱蓋通過螺紋與件8水箱的加水口連接。件6螺紋散熱片套在擰緊槍電機外側。件7螺紋型吸水材料包覆在件6螺紋散熱片外。件7螺紋型吸水材料與件9毛細管連接，能通過毛細原理把水箱中的水吸附到件7螺紋型吸水材料上，如圖5所示。

圖4 等軸側剖面圖

圖5 散熱器各組成部分

（2）冷卻系統(tǒng)工作過程，如圖6所示，擰緊槍電機的熱量傳導到件6螺紋散熱片表面。將壓縮空氣管接入件3散熱器上殼體處的進氣口，并通入壓縮空氣。件9毛細管將件8水箱中的水吸附到件7螺紋型吸水材料表面。壓縮空氣沿著件3散熱器上殼體、件11散熱器下殼體的螺旋槽流動，促使件7螺紋型吸水材料表面的冷卻水快速氣化，帶走件6螺紋散熱片表面的熱量實現(xiàn)對擰緊槍電機降溫。散熱箱體上有吊環(huán)，可以與平衡器連接減輕擰緊槍的重量，也可以與協(xié)作機器人連接實現(xiàn)自動化的螺栓擰緊。每個班次需向散熱器殼體上的水箱內注入冷卻水。

圖6 冷卻系統(tǒng)工作過程圖

（3）低成本的工具快換接口，如圖7所示。

圖7 低成本的工具快換接口工程圖

擰緊槍主軸的方身上開設1個與方身面垂直的橫向孔，擰緊槍的環(huán)形防護邊上開有銷通過孔。擰緊螺栓工具底部的方型凹槽垂直面開有圓形通孔，在擰緊螺栓工具對應彈子位置的圓柱表面開有圓弧形的環(huán)槽。該工具快換接口在更換螺栓擰緊工具時，螺栓擰緊工具的方槽套在擰緊槍方身外，銷從擰緊槍的環(huán)形防護邊上開設的銷通過孔內插入，并連接螺栓擰緊工具和擰緊槍主軸。橡膠圈套入到螺栓擰緊工具的圓弧環(huán)形槽內，防止銷從孔內脫落，如圖8所示。

圖8 安裝有橡膠圈和無橡膠圈的螺栓擰緊工具示意圖及安裝在擰緊槍上的示意圖

4 結語

本發(fā)明結構簡單，實物圖如圖9所示，通過自主創(chuàng)新設計并制作了與擰緊槍配套的壓縮空氣循環(huán)散熱箱，直接安裝在擰緊槍上，同時，面板集成了手動開關按鈕，避免了能源浪費，外觀美觀、使用便捷環(huán)保，散熱功能已得到生產部門的高度認可。低成本的螺栓擰緊工具快換接口，大幅降低了擰緊槍的維修成本。

圖9 實物圖

（1）節(jié)約每年因擰緊槍過熱而產生的備件費用6.8萬元。

（2）提升了近10s的節(jié)拍。

（3）提高了人機工程效率，保障了操作工的安全。

（4）已將成功案例推廣至AF380/390相同型號的擰緊槍上。

（5）避免產生投資新增相同擰緊工位（按照AF370設備原值約50萬元）。