电控离合器自动化生产线设计与实现

龙 波 胡俊生

(太仓光电技术研究所，江苏 苏州 215400)

1项目背景

1.1国内外现状、水平和发展趋势

电控离合器，简称ACS(Automatic Clutch System)，作为汽车的重要功能部件，它的可靠性和稳定性直接影响着汽车的整车质量[1]。

国外对汽车相关部件的研究开发比较早，其生产商全部采用具有现代化的装配和测控手段、质量监控功能的系统和生产检测设备进行生产，装配质量可做到具有可追溯和跟踪性。国内离合器生产企业缺少研发实力与经费，针对电控离合器的加工装配工业复杂多变的特点和难点，成套装配应用方面还存在技术瓶颈攻克更需要实际的项目经验积累进行迭代优化[2]。要想实现电控离合器实时过程中性能检测，必须要克服零件生产和装配生产过程中的质量监控，才能实现真正意义上的工业4.0自动化生产线，做到超越人力手动或半自动生产的优品率，大大提升电控离合器的生产合格率。因此，研发一款适合我国国情的全新柔性化自动离合器生产线，也是国内汽车零部件生产企业实际发展的需要。

1.2项目开发的目的、意义及市场前景

本项目研究开发的“电控离合器自动化生产线”能满足离合器的各种零部件精密装配需要，应用了传感检测技术、RFID技术、在线精密测量技术、自动泄漏检测技术、计算机网络通讯技术等，实现了在线控制和跟踪，做到分步装配，分步检测，其采用有效的人机组合，最充分地体现出设备的灵活性，通过将倍速链动态夹具输送系统、随性可切换夹具、单站工艺控制节点、可切换人工位工艺等提炼、优化、组合，从而实现多型号对应多套工艺配方的电控离合器自动化生产线的快速可切换装配要求，确保了产品装配质量并具有数据追溯性。

2项目概要

通过市场调研考察和对现有技术的研究分析[3]，重点研究了基于机器人装配检测技术的汽车电控离合器装配生产线工艺流程及各个工艺环节的功能需求。研发设计的“电控离合器自动化生产线”融合和集成了先机的机器人装配技术、工业计算机技术、在线测控技术、无线通信技术和柔性化装配新工艺，实现了离合器装配时功能部件和总装的实时在线100%检测、质量控制跟踪以及过程质量监控，保证了离合器装配质量，更好地满足大批量生产。

通过本项目的研发设计及成果实施，扩大了公司的产能，增加了企业的经济效益。预计2020年销售额可达1140万元，实现利税273万元。本项目设备具有自动化程度高、经济可靠、运行平稳等特点，实现了离合器装配时功能部件和总装的实时在线100%检测、质量控制跟踪以及过程质量监控，保证了离合器装配质量，更好地满足大批量订单生产。

3项目需求

“电控离合器自动化生产线”项目主线体单站之间的装配传送采用2.5倍速链结构，支架采用铝合金钢结构，传送设计线速度为16 m/min。辅线体采用人工传递方式进行装配，每一工位将采用人工操作来实现，工位设有监控与记录功能配合主线工作。主线体单站每个单个托盘的载重量小于35 kg(包含托盘自身重量)，托盘装有随行工装与夹具。每工位都设计有RFID信息读写头。当托盘进入工位后，阻挡器将托盘自动挡停，设备自动完成装配动作(或操作者将按照工艺要求进行装配)，完毕后，读写头将此站工艺参数发送至随行托盘的储存卡内，设备激活放行开关(或操作者按下放行按钮)将托盘释放到下一工位。软件模块共分为12个模块：倍速链系统、RFID系统、单站控制系统、工艺路线系统、异常处理系统、单站人机交互系统、总站人机交互系统、数据库接口系统、质量追溯系统、人员管理系统、设备看板系统、网页看板展示系统。

主线体设计生产节拍：45 s每件，换型时间：45 min(需2～3人协调完成)。

设计产量：单小时计算产能80，设备移动率80%，实际单小时产能64件。

整条生产线采用西门子全新一代PLC (S7- 1500/1200)进行网络及底层控制，终端没有工控机将控制与监控全线运行状态，应用层由数据库及人机交换界面完成。

4项目开发情况

4.1设计目标

生产线已经从传统的人工模式，向智能化、电子化、信息化、网络化的高科技自动化的方向迅猛发展。综合应用工业技术机控制技术、传感技术、总线技术、RFID 数据采集技术、在线快速测控技术等技术研发设计一款“电控离合器自动化生产线”，实现低成本、柔性化、在线质量实时监控、相关参数可储存可追溯的自动化装配生产，是本项目的最终目标。

4.2研究开发内容

(1)电控离合器装配工艺研究[4-5]。

(2)生产总线布局设计的研究，线体结构为主线与辅线结合装配，主线共有17 个工序，辅线9个工序，主体传送装配采用2. 5倍速链结构，支架采用铝合金钢结构，设计线速度为12 m/min，每个托盘的载重量小于18 kg，托盘装有随行工装夹具。全线每工位都设计有阻挡器，当托盘进入工位后，阻挡器将托盘自动挡停，操作者将按照工艺进行装配，或自动装配，完毕后操作者将按下放行开关将托盘释放到下一工位，或自动放行，电器全线采用西门子PLC控制，终端设有工控机将控制与监控全线运行状态，产线设计考虑4个系列产品装配。辅线采用人工传递方式进行装配，每一工位将采用人工操作来实现，工位设有监控与记录功能配合主线工作。

(3)控制管路系统设计研究，控制管理系统由一台数据管理监控计算、生产信息电子显示屏、网络通信主PLC、各个装配检测工作站PLC、激光打印机系统、RFID识别、倍速链输送系统、分布式IO和对应执行对象组成。

4.3关键技术

(1)装配过程中压装力、位移和速度多因子建模。装配过程中压装力、压装位移的监控和压装速度的控制是精密装配的基本要求。(2)装配变形补偿技术。设备控制系统应具有机械结构变形补偿功能。(3)传感器的选择、使用和传感器的在线标定技术是保证装配质量的关键。(4)数据在线采集与处理技术。主要涉及PLC控制技术、分布式信号采集、数字化工厂管理软件对接RFID射频等技术。

5主要生产工艺流程

“电控离合器自动化生产线”全线共有27 个工作站，主要工作站包括：自动涂胶机、自动压装轴承机、伺服旋铆机、换面装磁极站、自动压铆信号环站、主板壳体双工位机、拧紧机、主板深度检测机、阀片安装调试站、影像检测机、装配检测机、主轴压铆机、从板上料机械手、自动注硅油机、螺丝预约拧机和拧紧机、激光打标机与条码打印机、下料及总成铆边机。总控制器与各从站控制器以及远程信号采集模块通过PN通讯连接，切换产品型号和工艺配方通过上位机统一设定或通过现场单站上的人机界面完成设定，要求每个工作站生产节拍均为小于45 s。

6总结

“电控离合器自动化生产线”项目完成传统汽车企业电控离合器自动化生产线的改造升级，实现了自动上下料，装配、过程工艺质量检验、自动存储、自动打标等工序功能，更好地解决人工检测中检测效率较低、误检率大等问题，具有较高的可靠性和实用性。

客户验收后认定：离合器压装的顶升机构采用中间气缸顶升，两边气缸塞垫块的机构，该机构承受压力为10 t，位置控制精度为±0.01 mm；离合器从板送料机构采用电磁分离技术，可有效分离对叠金属铁片；液压系统采用变量泵，更节能，噪音更低。各项数据均达到了企业标准的要求，满足客户的定制需求，性能达到客户配套产品的使用要求，提升了生产效率，节约了生产成本，降低了能源消耗，克服了目前汽车电控离合器装配自动化设备的弊端，实现了实时在线100%检测，保证了离合器装配质量，更好地满足企业大批量订单生产，技术水平处于国内领先地位，经济效益显著，市场前景良好。