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汽車零配件裝配線擰緊防錯方法

發布時間:2023-09-27

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在汽車零配件裝配生產線中,螺栓擰緊是裝配過程中非常重要的環節,也是許多工位工作量很大的部分。由于螺栓種類多數量大且相似性高,所以員工在操作時很容易出現失誤,引發質量問題。根據某公司的質量問題清單和返修記錄表,其中滑牙、螺栓漏裝錯裝、螺栓松脫是經常發生的問題,這些問題很大程度上是由于員工在操作過程中出現重復擰緊、漏擰緊及不完全擰緊等過失造成,雖然通過一定的培訓和長期的操作能使犯錯的概率有所降低,但由于人本身的局限性,不可能做到100%的不犯錯。因此,要從根本上解決問題,光靠對員工的嚴格要求是不夠的,還需要從設備上著手,想方設法實現防錯功能的全覆蓋。

 

目前螺栓擰緊的設備多種多樣,使用較為普遍是電動擰緊槍,因其較高的性價比被普遍應用于汽車零配件裝配工位。擰緊槍有多種樣式,裝配車間中常用的是直柄擰緊槍和槍式擰緊槍。其中直柄擰緊槍比較適合實現大扭矩擰緊,能在工件各個角度上工作,而槍式擰緊槍更適合實現小扭矩擰緊,在工件的水平方向上操作比較方便。不論是直柄或是槍式擰緊槍,都可實現多種扭矩擰緊,而這一功能可以通過套筒選擇器進行擰緊槍擰緊程序的切換。套筒選擇器上的每個套筒孔位與擰緊槍上的扭矩是一一對應的。

 

汽車零配件裝配線擰緊防錯方法


擰緊槍本身具有輸出扭矩、擰緊角度和擰緊次數的檢測功能,這是它能進行防錯控制的基礎。但是由于生產過程及緊固件配合的復雜性,這些參數的上下限監控范圍不能單靠以往經驗來確定,也沒有相關標準可查,因此,要發揮好擰緊槍的防錯功能仍需做出更多努力。

 

重復擰緊防錯的難點及解決辦法

要判斷一顆螺栓是否被重復擰緊,可以通過它轉過的角度來識別。在正常情況下,螺栓從開始旋轉到擰緊結束,需要轉過幾圈甚至十幾圈,而重復擰緊一顆螺栓,如果施加的扭矩一樣,那么螺栓轉過的角度會非常小,幾近于零。從這方面講,要識別一顆螺栓是否正在被重復擰緊可通過監控其擰緊角度來實現。作業過程中,只要給擰緊槍控制系統設置一個擰緊角度的下限值,在擰緊過程中檢測到螺栓轉過的角度小于下限角,就說明這顆螺栓正在被重復擰緊,擰緊槍控制系統發出警告。然而,由于擰緊槍計算角度時需要考慮兩個重要的參數:貼合扭矩和門檻扭矩。貼合扭矩是擰緊槍進行準確控制的開始,扭矩值不能設得太小,否則會引起擰緊轉速和檢測數據的不穩定;門檻扭矩是角度計算開始時的扭矩,需要大于或等于貼合扭矩,而螺栓在被擰緊時的絕大部分時間扭矩達不到貼合扭矩,更不用說門檻扭矩了。因此,即便在正常擰緊的情況下,擰緊槍計算出來的螺栓的擰緊角度也是非常小的,通常小于100°,這就嚴重地壓縮了擰緊角度下限的設置范圍,即如果重復擰緊角度下限設定得太高,擰緊槍就會大量誤報。而由于現場操作過程中人員、工件和螺栓材質硬度、擰緊槍反作用力及工件間墊圈有無軟硬等差異使重復擰緊的角度千差萬別:有的接近于零,有的能達到三四十度甚至更高。這就要求需要提高擰緊角度下限值,否則重復擰緊防錯功能將形同虛設。從這兩個相互對立的限制條件上看,實現重復擰緊防錯的困難在于如何界定其角度下限。僅靠經驗以及硬性參數推測出的角度下限值很不可靠。要得到可靠的值,需要經過細致的現場考察和大量的數據分析。通過對螺栓擰緊數據進行采集和分析后初步確定重復擰緊角下限角度,同時根據現場人員腕力大小、螺栓和工件材質硬度、擰緊槍的大小彎直、工件間墊片厚薄軟硬的不同對角度進行微調。

 

漏擰緊防錯的解決辦法

漏擰緊防錯主要是通過計數功能來實現。比如,一個零配件在某個工位裝配時需要擰緊10顆相同的螺栓,那么擰緊槍就會累積計數10次;若計數少于10次,則生產線線體或是相關設備作出反應,限制托盤放行或報警;若計數已經達到10次,那么擰緊槍就會自鎖,不允許員工再往下擰緊,直到有新的工件流入后才會解鎖。實現這種控制方式需要滿足兩個前提條件:一,擰緊槍支持數據交互;二,重復擰緊防錯完全有效。

 

對于上述前提條件一,目前有兩種方式可以滿足:一種是改進線體,通過線體上的讀寫頭和托盤自動識別不同的工件;另一種是通過人工錄入信息的方式識別不同的工件。對于前一種方式,線體上安裝有讀寫頭,托盤對應位置上安裝有標志模塊(即tag),每個工件上線時,員工都會通過讀寫頭將發動機的流水號寫入托盤的tag中,由于工件在生產線上始終與托盤綁定,因此可認為托盤上的流水號即是工件的獨一標志。當托盤流入一個工位時,就會刷掉前面托盤的流水號信息,并且通過讀寫頭將自己的流水號上傳,這樣擰緊槍就能很快地判斷是否有新工件流入。對于后一種方式,線體旁邊設有掃描設備,這種方式的工藝順序是:工件流入工位→掃描槍掃描條形碼/二維碼→擰緊槍控制器刷新工件信息→擰緊螺栓→計數合格放行→新工件流入工位。由于增加了人工掃碼的工序,因此這種方式相對于前一種方式生產效率較低。對于上述后一個前提條件,由于重復擰緊一顆螺栓后如果被誤報為合格,那么后面少擰緊一顆就能滿足計數要求,員工只要稍不注意,就可能造成漏擰緊的情況。因此,要解決漏擰緊的問題,需要先保證重復擰緊防錯功能全部實現。

 

扭矩不合格防錯解決辦法

擰緊槍擰緊工位螺栓扭矩不合格主要由以下幾點引起:

1)員工在還沒完全擰緊的情況下就松開擰緊槍開關,致使扭矩不足;

2)擰緊槍的轉速過高,擰緊時慣性過大,造成扭矩超出合格范圍;

3)對于多扭矩擰緊槍,由于有些工位套筒一樣扭矩不同,員工選擇套筒時容易混淆,進而引起扭矩混淆,導致擰緊后超差。

由于擰緊槍本身有良好的扭矩判斷功能,因此在絕大部分擰緊扭矩不合格的情況下,擰緊槍都會發出報警信號,提醒員工糾正錯誤。然而,由于裝配現場聲音嘈雜,員工在匆忙時很可能忽略了報警信息。因此,在不合格扭矩出現后,需要使擰緊槍觸發更加嚴格可靠的反應來限制員工下一步的操作,才能100%地避免疏忽遺漏事故的發生。解決的辦法是,在擰緊槍控制器內設置一種程序,使擰緊槍的報警功能與反轉功能聯系到一起,當擰緊槍控制器收到不合格扭矩信號時,就會觸發該程序,即如果員工不反轉擰緊槍,就不能再繼續往下擰,這樣可以有效地避免了上述(1)和(2)所帶來的隱患和風險。

 

對于(3),由于在選錯扭矩的情況下擰緊槍仍會“將錯就錯”地擰緊至該扭矩的合格值,擰緊槍不會報警,因此上述的防錯程序也就無法觸發。對此,應從套筒選擇器上著手,方法是,根據螺栓擰緊的工藝要求安排各個套筒的選擇順序和擰緊次數。每把擰緊槍的擰緊順序和次數都是獨一的,如果選錯了套筒,擰緊槍就不會動作,如果一個套筒的擰緊次數夠了,擰緊槍就不能再繼續往下擰緊,直到更換新的套筒為止。這樣既能有效地規范員工的操作行為,又可以消除因選錯扭矩而引發的質量問題。

 

以上是擰緊槍擰緊過程中常見的幾種可能引起質量問題的操作行為和對應的防錯方案,但是生產過程中的防錯控制既非一蹴而就,亦非一勞永逸,需要根據產品的質量要求制定出行之有效的控制計劃,并嚴格地根據控制計劃對生產線進行周期性的驗證,以保證防錯功能的長期有效性。


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