寇舒

摘 要 螺釘擰緊是裝配流水線中最常用的工藝。一般都是通過控制螺釘扭矩來(lái)實(shí)現(xiàn)螺釘擰緊裝配。本文以一個(gè)汽缸蓋的螺釘裝配為例闡述四螺釘擰緊機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用情況。該螺釘機(jī)只用一個(gè)氣馬達(dá)實(shí)現(xiàn)螺釘兩次擰緊，精確控制螺釘扭矩，實(shí)現(xiàn)幾個(gè)螺釘?shù)耐瑫r(shí)擰緊。

關(guān)鍵詞 氣馬達(dá) 扭矩 兩次擰緊 同步擰緊

中圖分類號(hào)：TH69 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)的發(fā)展，裝配流水線越來(lái)越多。作為一條裝配流水線，最常用到的應(yīng)該是螺釘?shù)难b配。最原始的螺釘裝配是用手工工具擰螺釘，后來(lái)借助一些氣動(dòng)或電動(dòng)工具裝配，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展現(xiàn)今主要用自動(dòng)機(jī)擰緊。相對(duì)來(lái)說用自動(dòng)機(jī)擰緊效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，在實(shí)際應(yīng)用中也用得較多。

螺釘?shù)臄Q緊實(shí)際上是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，我們?cè)趹?yīng)用中主要控制的是螺釘?shù)膲壕o力，但由于沒法實(shí)時(shí)檢測(cè)壓緊力，就通過實(shí)驗(yàn)手段得到需要壓緊力下的扭矩。用螺釘?shù)呐ぞ刈鳛槁葆敂Q緊的控制目標(biāo)。對(duì)于一些高精度的螺釘裝配，都要求進(jìn)行螺釘扭矩的控制。

1存在的問題

在本文所用到的裝配線上有多處涉及有扭矩控制的螺釘裝配，尤其是汽缸蓋螺釘?shù)臄Q緊，由于缸體較薄，容易產(chǎn)生變形，如果安裝的四個(gè)螺釘擰緊有快慢的情況下更加突出。在最早的裝配中，我們?cè)诠に嚿弦?guī)定了兩次擰緊，要進(jìn)行先預(yù)緊，再最終擰緊。我們采用手動(dòng)工具擰緊，要求操作工按照左上、右下、右上、左下順序進(jìn)行先預(yù)緊后擰緊操作。隨著產(chǎn)量的提高，手工擰緊已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)生產(chǎn)的需要，同時(shí)，手工擰緊扭矩的控制精度較低，往往會(huì)超出我們的工藝要求，造成較多的下線返修。后來(lái)制作了一臺(tái)擰緊專機(jī)，從使用情況看，由于它改變了兩次擰緊的工藝，采用了一次擰緊，雖然提高擰緊速度，但卡死情況卻多了，同時(shí)由于氣馬達(dá)之間的相互影響，扭矩控制偶爾也超差。

2改進(jìn)措施

在所有的控制方式中，一馬達(dá)兩次擰緊技術(shù)是扭矩控制精度和擰緊同步性較好的一種，同時(shí)這種方式也是比較廉價(jià)的一種。

所謂兩次擰緊就是把裝配過程分兩次進(jìn)行，第一次進(jìn)行預(yù)緊，擰到最終扭矩的1/2或更低，第二次擰到最終扭矩，這在裝配中是比較常見的。常規(guī)的做法是把螺釘裝配機(jī)做成兩臺(tái)，第一臺(tái)預(yù)緊，第二臺(tái)最終擰緊。這樣一來(lái)投資增加了一倍，往往不被絕大多數(shù)企業(yè)采納。但如果做成一臺(tái)機(jī)器一次擰緊，對(duì)裝配一個(gè)螺釘沒有關(guān)系，對(duì)需要同時(shí)裝配多個(gè)螺釘、螺釘擰緊的一致性和同步性要求較高場(chǎng)合，往往需要采購(gòu)昂貴的數(shù)控電動(dòng)螺刀才能實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)氣動(dòng)馬達(dá)的輸出扭矩跟工作壓力是成正比的工作原理，設(shè)計(jì)了一臺(tái)四螺釘擰緊機(jī)，扭矩調(diào)節(jié)的方法就是讓氣馬達(dá)先工作在低壓下實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，再工作在高壓下最終擰緊。

3案例分析

以一個(gè)汽缸蓋的螺釘裝配為例闡述四螺釘擰緊機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用情況。該汽缸蓋上面有四個(gè)螺釘，四個(gè)螺釘扭矩要求為8.5-10Nm，同步擰緊的要求較高，否則會(huì)帶來(lái)汽缸體和汽缸蓋的變形，導(dǎo)致活塞的卡死。根據(jù)這些要求我們選用了UNRY 的60LF氣馬達(dá)，該馬達(dá)工作壓力到5Kgf/cm2時(shí)，扭矩達(dá)到10.5Nm，轉(zhuǎn)速為720RPM，滿足我們螺釘最終擰緊扭矩要求。選用FESTO 3/4三聯(lián)件作為第一次擰緊的總氣源處理器，用3/8三聯(lián)件作為第二次擰緊單把馬達(dá)的氣源處理器，第一次擰緊采用FESTO3/4氣控閥，第二次擰緊采用FESTO1/4電磁閥，查流量都能滿足要求。

下面簡(jiǎn)要敘述一下氣路的動(dòng)作，首先EV1動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)3/4氣控閥動(dòng)作進(jìn)行第一次擰緊，此時(shí)進(jìn)入氣馬達(dá)的氣源壓力為1.5 Kgf/cm2。馬達(dá)在旋轉(zhuǎn)時(shí)和停止時(shí)馬達(dá)進(jìn)口壓力不同，壓力傳感器檢測(cè)到第一次擰緊已經(jīng)停止，切斷EV1，稍延時(shí)后EV2-5動(dòng)作，馬達(dá)進(jìn)行第二次擰緊，同樣由壓力傳感器檢測(cè)馬達(dá)是否已經(jīng)停轉(zhuǎn)。馬達(dá)檢測(cè)到停轉(zhuǎn)信號(hào)，延時(shí)后切斷EV2-5，完成整個(gè)擰緊過程。第二次擰緊的壓力由需要的扭矩確定，我們根據(jù)工件要求的扭矩確定在5Kgf/cm2左右，同時(shí)根據(jù)四把馬達(dá)的狀態(tài)稍微有所不同。

4、結(jié)語(yǔ)

我們通過實(shí)踐實(shí)現(xiàn)了一馬達(dá)兩次擰緊，取得了預(yù)期的效果，扭矩控制精度大大提高、螺釘實(shí)現(xiàn)同步擰緊、擰緊后變形量小、卡死下線率顯著下降。同時(shí)并沒有提高投資成本。但是，我們也看到，一馬達(dá)兩次擰緊對(duì)馬達(dá)、氣路要求較高，控制要求也高，實(shí)現(xiàn)相對(duì)較困難，適用于要求比較特殊的場(chǎng)合，比如本文所講的汽缸蓋擰緊（同步性要求較高、扭矩要求高）等。在一般場(chǎng)合并不建議使用。

參考文獻(xiàn)

[1] 李英婧，王大明.電動(dòng)擰緊工具的應(yīng)用[J].制造技術(shù)與材料，2009：35.

[2] 林永福.螺栓擰譬力矩與軸向力關(guān)系及其影響因素研究[D].西北工業(yè)大學(xué)碩士論文，2000.

[3] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第五版）[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2010.