智能制造技术在中轮拖半轴装配线的应用

智能制造技术在中轮拖半轴装配线的应用

陈文 ,屈卫东 ,任元甲

第一拖拉机股份有限公司中小拖公司，河南  洛阳

摘  要：随着中轮拖产品型号和产能的不断增加、生产一线工人平均年龄的不断上升，依靠工人手工进行组合装配的传统制造方式逐渐暴露出人员劳动强度大、作业环境差、质量稳定性低等一系列问题，严重制约着生产的高效开展。近几年，智能制造技术在农机行业的机加工方面应用较多，将其引入到装配环节后，能较好的解决传统制造方式的问题。本文通过介绍半轴装配线项目从立项到实施再到后期优化改进，解决了原装配过程中场地拥挤、物流交叉、瓶颈工位较多、劳动强度高等问题，展示了将轴承压装、自动拧紧、自动涂胶等先进工艺集成到机动辊道线上，形成智能制造装配线的相关内容，实现了半轴总成组合“一个流”的智能化装配。

关键词：传统制造、智能制造、农机行业、智能化装配

引  言：

公司主要产品有五大系列，相应的半轴总成为七大系列，具体零件型号近40种。由于产品结构的差异较大，各机型半轴总成装配的节拍及装配方式差异均较大。为满足生产需求，采用提前装配好半轴总成，将总成转运至暂存区，待使用时再转运至底盘装配线。由于空间有限，无法布置装配设备，现场仅有2台压机，部分轴承仍需人工敲击装配，拧紧、涂胶、搬运完全依靠人工操作，装配一致性较差，且工人劳动强度大。

为降低人员劳动强度、提升装配质量、提高装配效率，重新规划半轴总成装配工序，新增一条半轴总成装配线，实现全系列半轴总成的在线装配，生产节拍与底盘装配线保持一致，消除线边库存。

整体方案设计

半轴装配线只是将原来人工组合的工作集成为由设备负责完成，整体布局区域只能在现有基础上开展。同时，需要考虑组合完成的半轴总成与底盘装配线的对接环节。

1、充分利用现有的空间，解决半轴总成装配线布置问题，实现“一个流”装配。

1.1 装配线“一字”排开，人员作业及物料摆放沿装配线两侧设置为最佳布局，由于原作业区域无法满足“一字”排开的布局。综合考虑采用环形布局，连接处采用转台结构，能够满足整体要求。设备及电控柜等放置在环线内，职工在线外操作，省略对设备的防护装置，增加对区域的综合利用率。

1.2 结合人机工程学及现场装配习惯，环形装配线运行方向为逆时针方向，符合日常操作习惯；参考零件部尺寸及摆放状态，装配线高度为45cm；总成下线处装配环线与底盘装线平行，实现与底盘装配线的快速对接；

1.3常用的装配线有AGV线、RGV线、机动辊道线、板链线等形式，其中AGV线、RGV线自动化程度高，但制造成本较高，不是最优选择；板链线无法实现小半径的环线布局，不做考虑；机动辊道线，制造成本一般且定位精度高，满足自动装配设备的定位要求，性价比较高，为最优选择方案。

2、根据产品结构对装配线工位布局、托盘、工装等方面进行设计，实现所有机型的在线装配。

2.1为满足底盘装配线的生产节拍（2.5min/台），装配环线的节拍不少于75s（一个底盘有两个半轴总成），半轴壳体能够快速在托盘上进行精确定位。针对装配方式类似存在尺寸差异的M系列产品，采取用不同直径的定位盘进行定位；针对结构及装配流程存在差异的S系列产品，采用在托盘上设计另外一组定位装置进行定位。每个装配托盘采用双工位设计，并排设置了两个定位装置，同一机型工件翻转后无需更换工装即可快速定位，切换机型无需更换托盘即可满足所有机型的装配。

2.2为确保不同机型切换过程中，生产准备的快速完成，托盘上的定位工装、吊装工件用的吊具及辅具等均采用了快速更替模块或通用模块。不同机型切换时，可通过快速更换工装实现快速定位，机型切换时更换时间不大于15S。M系列与S系列半轴壳体，只需通过将工件吊装状态调整180度，即可满足快速定位，实现了无需工序倒流就能满足全系列机型的在线装配。

2.3综合各机型半轴总成的装配过程及装配内容，半轴装配环线按照10个工位（壳体上线——压装轴承/骨架油封——装端盖——装驱动轴——装压盖/压盖座——翻转定位——压装轴承——装行星架——装齿圈——总成下线）进行布局， 托盘总数量为16个，根据生产节拍可进行增减调整，最快节拍可实现70秒。

3、优化工艺流程、配置先进的自动化装配设备，确保装配质量，提升自动化水平。

3.1针对人工装配过程中轴承装配、调整垫片选择、螺栓拧紧、端面涂胶等难点环节，选择合适的设备代替人工进行操作，梳理装配过程及装配要点，为设备选型提供依据。

3.2轴承、油封和驱动轴的压装，采用伺服液压机压装，设备主体与装配线集成到一体，工作台高度与装配线等高，实现托盘的连续移动。设备具有独立的动力系统和电气系统，采用PLC加触摸屏控制方式，具备点动、自动功能。自动动作为一连贯工艺过程，为正常生产时的工艺动作，按压一次按钮即可按序完成一个生产过程，并等待进入下一生产流程；点动动作为临时调整工艺，每按压一次按钮即实现当前动作，松开按钮即停止动作。考虑到安全因素，两立柱中间安装有安全光栅，当有人或物品在机器工作的过程中进入机器内，安全光栅的光被遮挡，设备会自动停止动作，保护操作工人的安全。

3.3选垫机由位移传感器和工控机组成，其工作原理为通过测量工件间的间隙，按照程序计算出装配所需垫片的型号和数量，指导工人进行装配，并将相关测量数据进行存储，便于后续对产品质量的追溯管理。鉴于产品结构相对复杂、涉及的调整垫片型号不多，最终方案为由人工测量工件间隙，设备自动上传数据并计算出所需垫片的型号及数量，再由人工选取相应厚度的垫片进行安装。

3.4驱动轴螺栓拧扭矩为180-220N.m，所有产品结构相对一致，采用单轴电动自动拧紧机即可满足工艺需求。拧紧机集成了激光对槽功能，能够使被拧紧的螺栓在到达目标扭矩的前提下，让螺栓锁紧片对应在工件的槽中，实现锁止功能。为确保拧紧机在切换产品时的快速选择程序，配备独立的运行软件系统及可视化操作界面，显示执行程序、目标扭矩、角度及扭矩曲线，自动判定扭矩是否合格。拧紧过程中关键工艺数据（拧紧结果、扭矩值、角度值）通过传感器自动上传存储，用于后续数据统计分析。

3.5涂胶作业使用涂胶机器人来进行的应用场景已经较多了，鉴于工件的尺寸、状态、涂胶的部位及定位精度，选用三轴（X、Y、Z）轨道式的简易涂胶机器手即可满足工艺要求。涂胶机人主要由机器人部分、供胶系统部分、控制系统部分三部分组成。机器人部分为核心部件，包含直线滑台、机器人控制器、伺服电机及驱动等，规划涂胶的路径及出胶量；供胶系统部分为执行部分，包含气动柱塞泵、自动涂胶阀、胶管、胶嘴等，将密封胶从胶桶输送到工件上；控制系统部分为控制部分，包含电气系统和气动系统，实现机器人部分与供胶系统部分的准确协同。

4、增加辅助设备，降低职工作业强度；优化物料布局，减少物流转运。

4.1 半轴总成在装配过程中，需要转运半轴壳体、驱动轴及行星架总成等较重的零部件，零部件重量均在20Kg——30Kg范围，选用轻型悬挂起重机吊装为最佳方案，工人劳动强度低，占用面积小；

4.2半轴总成在装配和与底盘总成对接过程中，均需要进行翻转调整工件姿态，现有吊装设备无法实现该功能。通过设计具有夹紧和翻转功能的助力机械手可满足该需求，实现工件的快速翻转与定位，提高了作业效率。

结论：

本项目的研究与应用，主要是为解决半轴总成的质量及职工装配中的劳动强度问题。通过项目的实施，提升了公司装配制造技术工艺水平，全系列半轴总成实现“一个流”装配，装配节拍与底盘装配线保持一致，消除了线下库存，提高装配质量和装配效率，降低了职工的劳动强度。同时，为自动拧紧、自动涂胶等先进智能制造工艺技术在农机行业中进行了验证，为后续更多先进的智能制造技术的引入打下了基础。

参考文献：

1、《装配自动化》  刘德忠 费仁元  机械工业出版社

2、《自动生产线  组装、调试与程序设计》  张春芝  化学工业出版社

3、《传感器与检测技术》  徐科军   电子工业出版社