自动化生产线上排气凸轮轴角度超差问题研究

周 平

（大连职业技术学院，辽宁大连 116037）

1 研究背景

进入21 世纪后，我国的汽车工业进入快速发展的新阶段，汽车销量位居世界前几位，已成为当今世界汽车销售增长最快的国家。汽车工业成为近几年来拉动我国国民经济快速增长的主要源动力，成为我国的支柱产业。汽车品牌之间的竞争越来越激烈，对汽车零部件的加工精度要求越来越高。2015年，《中国制造2025》正式出台，我国进入工业4.0 时代，诸多相关政策陆续出台，如《智能制造发展规划》《智能制造工程实施指南》《机器人产业发展规划》，给予工业发展重要支持，机械制造开始了智能化发展。汽车零部件的加工企业纷纷向智能工厂转变，在传统的数字化工厂基础上，利用机械手、工业机器人等技术减少人工干预，提高了生产过程的可控性。

某发动机系统公司主要生产制造汽车发动机排放控制装置及相关零部件，生产自动化程度高，车削、磨削、装配等全部工序均配置了自动化生产线。在一个时期内，某品牌汽车所用的GME型号排气凸轮轴频繁出现角度超差的产品质量问题，客户意见较大，并影响了后续生产进度。汽车发动机凸轮轴作为汽车发动机配气机构中的关键部件，直接影响发动机整体性能，必须严格保证产品精度。分析该阶段产品超差的原因，提出解决方案。

2 问题分析

首先，通过产品流程分析判断出现问题的工序（图1）。因为凸轮轴磨削后检测出现超差，判断影响凸轮轴角度的生产过程为装配和磨削其中之一。而装配工序有Nokra 检具检查角度，检查记录显示装配时装配力、装配角度均正常，故障件在装配环节的检测结果全部为合格，所以锁定导致凸轮角度超差的过程为磨削工序。

图1 凸轮轴生产流程

同时对5 组已加工完的凸轮轴进行数据检测（表1），发现超差的产品全部属于4#生产线。4#生产线与其他生产线的唯一不同是采用了带弹簧的顶尖进行定位，由机械手臂自动上料装夹，过程中完全没有人工干预。其他生产线是机械手臂上料，人工调整位置，顶尖为固定顶尖。

随后的检查中发现，机床上装夹的凸轮轴实际定位槽位置的倒角出现了顶伤，分析是顶伤引起凸轮轴的加工角度定位偏移，进而导致磨削角度超差。

表1 5 组凸轮轴检测数据

图2 定位装置

为了验证以上判断，首先进行原理分析。机械手臂在自动上料时，顶尖的弹簧有一定硬度，机械手臂将凸轮轴一端键槽强行卡入顶尖定位装置，因没有工人做二次辅助调整，顶尖定位销定位不准。凸轮轴在磨削过程中始终保持转动状态，顶尖定位销持续磨损凸轮轴键槽倒角，导致凸轮轴键槽处留有顶伤痕迹，影响表面质量。并且顶尖会沿键槽顶伤处产生微小偏移，致使顶尖定位销中心线偏离角度基准（凸轮轴上的定位槽中心线），最终导致凸轮轴的角度发生超差。

为了验证判断，在4#生产线做了模拟顶尖顶伤的实验，顶伤位置与问题件出现的位置一样。随后将凸轮轴安装到3#生产线进行二次加工，加工后该轴角度测量正常，确认不合格的结果就是由倒角处顶尖顶伤引起的角度偏差，说明工装顶尖的连接方式及定位销形状设计不合理。

图3 顶伤位置

3 解决方案

通过分析，凸轮轴角度产生超差的根本原因是工装顶尖弹簧式连接方式及定位销形状设计不合理，直接原因是毛坯轴定位异常报警件取出后，未要求操作者检查倒角处是否存在顶伤。

解决方案是该生产线暂时取消弹簧顶尖装夹，恢复固定顶尖装夹，并安排工人辅助机械手装夹。对于角度定位异常报警件，需检查键槽倒角是否存在顶伤，若顶伤在倒角处，可能影响角度基准，该件产品需进行角度检测。同时与北美项目设计部联系，修改顶尖设计方式，更改顶尖结构，调整弹簧设计，完善定位销仿形设计，完成后通过验证方可投入生产。

实施方案后产品质量得到改善，方案实施有效，后续顶尖设计将保持跟进。

4 总结

汽车科技发展迅速，全球各大品牌车厂虽然致力于生产自动化、智能化，但也很清楚机器人和自动化设备仍有许多不完美之处。有时，复杂的自动化生产线中的环节没有设置到位，本想通过自动化生产线降低生产成本，但频繁出现问题，产能进度反而落后，导致产能不足，无法满足客户预订量，其主要原因就在于过度依赖机器人自动化生产。

完全依靠自动化生产不是短期内可以实现的，现阶段工业机器人仍然无法取代心灵手巧的人类，在自动化生产中依然需要靠人力合作完成的。因此，在降低生产成本与提高生产效率之间，仍需保持保守态度，在持续发展生产自动化的情况下，维持必要的人力，稳步向智能化时代迈进。