缸盖打标站和数据螺栓拧松站的研发设计

张瑞

摘  要：缸盖打标站和数据螺栓拧松站主要应用于汽车发动机的装配线，为了确保发动机的运行质量，打标站和数据螺栓拧松站的合理设计尤为重要。本文以上汽集团CSS P5自动化流水线的辅机设备设计为例，深入探讨该流水线中缸盖打标站和数据螺栓拧松站的规划设计，首先，介绍缸盖打标站和数据螺栓拧松站的功能及原理，然后，对设计中存在的问题进行说明，最后对设计中的解决思路进行分析，希望能够为有关单位提供参考。

关键词：缸盖打标站;数据螺栓拧松站;研发设计

汽车发动机的生产组装过程中，缸盖加工是重要的环节，对发动机的运行稳定、安全具有重要意义。而为了确保缸盖生产加工的品质，则需要保障生产加工流程的合理设计，并对设计中存在的问题进行有效解决，对此，也要求有关设计单位及设计人员加强一些案例的分析，并明确要点，进而促使缸盖生产加工工艺发挥最大化作用，帮助到有关企业的发展。

1. 项目概述

项目工程为上汽集团CSS P5自动化流水线的辅机设备，主要包括缸盖打标站和数据螺栓拧松站的设计、规划、建设。该自动化流水线共有9条生产线，系统设备相对完善，但设计中仍需要解决一些问题，如工程缸盖主要是针对上汽汽车的发送机进行设计，原本的设计参数要发生变化，同时要使打标系统、螺栓拧松站系统稳定运行，避免出现生产加工中的问题。

2. 系统工作原理

缸盖打标站和数据螺栓拧松站的运作原理：主要是结合一套水平位置放置的伺服变位滑台，该滑台可以看做为X轴、一套竖直气动滑台Y轴、以及一套Z向滑台。打标过程中，打标设备在收到运行控制信号后伸出标头，形成气动打标，打标完成后，打标探头收回，然后由电机带动水平滑台，依次完成缸盖上所有点的打标;螺栓拧松过程主要是结合伺服电机的运作，伺服电机由滑台运输到指定位置，然后驱动气缸伸出，螺栓会被自动拧入气缸中，旋转到一定力矩时，竖直驱动气缸缩回，拧紧头回归到原位，螺栓拧紧站的组装工作完成[1]。

3. 系统设计分析

3.1 系统组成

缸盖打标站和数据螺栓拧松站生产线中，主要包含以下几个设备，分别是缸盖打标站、数据螺栓拧松站、机器人夹爪部件、辊道部件、读码工位、防护部件和底板部件。汽缸盖打标站的主要作用，即实现对汽缸件的打标;数据螺栓拧紧站的主要作用，即实现汽缸紧固螺栓的旋入;机器人抓件，主要作用为抓取钢盖元件，实现加工件的持续供给;辊道部件的主要作用为引导加工件按照加工流程运行;读码部件，主要是对伺服电机的运行数据等进行读取，实现对系统设备的控制;防护部件，其作用为保护气缸件的稳定运行，避免运输过程的磕碰、损坏等现象发生;底板部件，该部件的主要作用即确保整体系统的稳定，结合实际情况可知，每条生产线上的设备都需要安置在大底板上，因此，大底板的设计也是相当重要的。在设计大底板的时候，需要通盘考虑，一是要合理控制两设备之间的距离，二是要合理设置机器人夹爪所能延伸的范围，做到布局合理，错落有致[2]。

3.2 系统设计中存在的困难

（1）设计人员要承担更多责任。该系统工程的设计中，需要每名设计人员负责一条生产线。结合实际情况可知，以往的系统工程设计中，工作人员均是负责生产线中的一台或两台设备，工程线的设计研发通常是合作完成。这表明，这对设计人员提出了更高的要求，设计人员应结合实际情况，对生产线的完整性进行分析，了解生产线中存在的不足，及时进行弥补，避免有关问题的发生。与此同时，对设计人员而言，工作量增加，对此需要设计人员需要付出更多的努力，解决实际困难，保障系統运行过程的可靠。

（2）设计“缸盖打标站和数据螺栓拧松站”生产线存在一定难度，结合设计工作的实际情况来看，设计团队曾研发过数据螺栓拧松站，然而从设计效果上来看，存在较多的问题。如设计过程中数据输入控制往往难以达到理想的拧紧效果;螺栓旋拧过程中，存在信号中断、旋拧未有效执行的现象;也存在一些旋拧力矩过大、一些旋拧件旋拧力矩较小的情况，无论力矩旋拧过大或过小，均会造成加工件生产品质问题。基于此，如何解决以上问题，促使缸盖打标站和数据螺栓拧松站研发设计符合要求，是设计工作中要重点解决的问题。

3.3 设计问题的解决思路

由于之前设计了数据螺栓拧松站，且存在着这样那样的问题，实际效果不尽如人意。因此，这个项目决定充分借鉴以往经验，进行彻底颠覆以往的设计思路，以全新的思路来设计。经过反复推敲，决定采用类似于十字滑台的形式进行布置。具体而言，初步流程中，由机器人抓取工件，待抓取完成后借助运行控制程序，将工件移动到数据螺栓拧松站工作位;待移动到数据螺栓拧松站工作位后，通过定位仪分析确认位置，之后通过拧紧枪进行拧松操作;待加工件由螺栓拧松后，夹爪再次将加工件夹紧，通过无杆汽缸移动至数据螺栓处，并夹紧数据螺栓，随后再通过无杆汽缸回到放料处，放置数据螺栓。为了确保螺栓拧松效果，设计中，还额外设计了一处防掉落接料盘，接料盘通过倾斜的不锈钢料盒接入接料传输辊道，这样就能有效地保证拧松完的数据螺栓不会由于意外而掉落在底板上[3]。

3.4 缸盖打标站和数据螺栓拧松站的研发设计

系统中设计的技术主要包括伺服驱动技术、气动驱动技术、自动定位技术、自动拧紧技术、自动打标技术等。根据生产加工需求，系统运行中，需要准确对缸盖进行定位，同时实现拧紧头的准确旋入。为了实现这种加工效果，根据加工件的特点，设计了一套定位夹紧装置，具体采用位置开关，实现了对加工件的准确定位。在夹具位置的顶部分别采用了两个平面接触定位块，以及两个圆锥形接触定位销，实现对加工件的准确定位与夹紧。加工运行过程中，加工件借助辊道到达指定位置后，位置开关启动，气动气缸伸出，夹具捕捉指定位置，将加工件代入加工环节。

设计中充分考虑实际需求，如结合拧紧头需要移动的情况，采用了多个滑台实现;由于拧紧头需要对不同位置的螺栓进行拧紧、水平方向移动的间距要不同、要保障较高的加工精度，对此在充分考虑成本投入的情况下，设计了一套水平伺服驱动装置，以此实现拧紧头的水平位移，核心在于伺服电机和滚珠丝杠。为了保障自动运行可靠，拧紧头竖直和Z向移动，可以有机结合气动装置和液压装置实现，但考虑到实际的建设过程中，液压装置的成本，以及维护方面的成本较高情况，实际设计中，采用了两个气缸实现拧紧设备在竖直和Z向的移动。打标系统装置设计中，根据系统需求，打标机要能够移动运行，基于此，设计了伺服电机系统，实现打标机的运行，可以在横向、纵向两个方向移动。打标过程主要是借助气动式打标设备，在自动化运行中，当该设备收到打标信号时，会执行打标。加工件打标前位置会固定，进而保障打标的准确[4]。

4. 项目验收

系统设计完成后，进行了组装建设，待系统机构组成后，及时进行了项目验收工作。首先，对系统的自动化运行执行情况进行确认，从效果上来看，能够稳定运行;对打标执行及效果进行验证，能够达到设计要求;对螺栓拧松情况进行验证，可以满足拧松需要。良好的设计思路加上细心缜密的设计，使得这条生产线在实际生产中获得了较好的效果，新设计的“数据螺栓拧松站”也被证实可靠实用[5]。

5. 结语

缸盖是发动机上的重要组成设备，生产加工过程中，确保缸盖打标精确、螺栓拧紧尤为重要，是保障发动机有效运作的基础。对此，对于缸盖的生产加工工艺的研发设计而言，应确保每一个环节的质量。文章以CSS P5自动化流水线中的打标站和数据螺栓拧松站的研发设计进行了说明，螺栓旋入的数据化利于确保精确，也利于提升加工效率，进而可以帮助到有关企业的发展。希望本文论述能够为有关设计单位提供借鉴。

参考文献

[1]竭尽超，梁忠耀.基于视觉的发动机丝堵螺栓自动拧紧设备设计开发[J].时代汽车，2021（2）：3.

[2]陆璐.汽车发动机缸盖自动装配生产线设计[J].汽车世界，2020（17）：1.

[3]吴勤芳，杨林龙.汽车发动机缸体，缸盖精密组芯铸造工艺研发[J].轻型汽车技术，2021（5）：2.

[4]周汝飞，蒋彬彬.某发动机连杆螺栓拧紧工艺开发[J].装备制造技术，2020（2）：3.

[5]王佳佳，周炳海.发动机装配线螺栓静态扭矩检测过程的改进[J].柴油机设计与制造，2020，26（1）：5.