高端重卡离合器盘总成智能制造及检测

2024-02-26张勇杨丽章翔陈桂虎

金属加工(冷加工) 2024年2期

张勇，杨丽，章翔，陈桂虎

浙江奇碟汽车零部件有限公司浙江湖州 313113

1 序言

汽车行业是智能制造主要推广领域之一。而汽车产业的上游核心零部件企业，特别是在重型商用车领域，仍存在智能制造水平低、制造技术与信息技术的融合度差等问题。在汽车“新三化”（即电动化、智能化和共享化）背景下，汽车离合器行业既面临巨大挑战，也迎来研发转型机遇[1]。高端重卡对离合器性能需求已有转变，特别是自动挡变速器应用产品，操作系统的电控化不断加速着智能制造转型进程。离合器产品智能制造及检测的综合集成水平提升成为行业焦点。

2 汽车离合器智能制造策划

2.1 汽车离合器简介

汽车离合器是底盘传动系统关键零部件，最早出现于19世纪20年代。离合器总成主要由主动部件（离合器盖总成）和从动部件（离合器盘总成）组成，图1为典型的拉式离合器总成。离合器安装于发动机与变速器之间，完成动力输送，并在换挡及驻停时进行动力切断，从而起到平稳起步、动力传输、平顺换挡及过载保护等作用。

图1 拉式离合器总成

离合器行业发展受能源革命的影响，传统的干摩擦式离合器已经受到冲击。尤其在乘用车领域，汽车电动化、新能源的推进基本终结了传统离合器的应用。而在商用车领域，干摩擦式离合器虽仍被广泛使用，但手动挡变速器（MT）已渐渐被自动挡变速器（AMT）所替代，其控制方式如图2所示。AMT保留了干摩擦式离合器功能结构，但其控制系统的创新升级，对离合器的稳定性、一致性、平顺性和使用寿命等提出了更高的要求。

图2 变速器控制示意

为了满足这些要求，高端重卡离合器（见图3）除了在功能结构件上进行提升，还需要在其复杂繁琐的装配工艺和检测精度上实施创新提升，因此要借助智能化的策划实施。

图3 重卡离合器结构示意

相对来讲，盖总成组成零件和工序较少，智能化生产实现也较容易。盘总成因零部件较多，特别是弹性元件、回转元件、阻尼元件和怠速元件等零件覆盖数量多，所以装配工艺较繁琐[2]。本文以离合器盘总成生产线为例，介绍智能化解决方案。

2.2 盘总成智能制造策划

根据装配流程和质量控制要求，对智能作业进行整体策划。整条输送线呈长条型布局设计（见图4），各工序岛采取线下独立作业的方式，输送线设立止推机构对载料盘进行限位固定和放行输送。装配和检测独立分段，两段之间设置缓存上料区柔性衔接，各自可单独作业，方便机动灵活的前后段维修和维护[3]。

图4 整线布局策划

装配各工作站设置第一PLC控制器，检测各质检站设置第二PLC控制器，两PLC通过以太网与主控制系统连接。装配各工位采用机械手或工业机器人抓取，检测各工序由1台工业机器人抓取产品，完成所有性能检测后，再送回输送线完成激光打码，转入包装工序。同时，设置与各检测特性相对应的输送辊道，分类处理不合格品。全线共设15个工位，自动装配及检测工位10个，人机协作装配及核查工位1个，辅助工位3个，缓存区1个。全线占地面积440m2，作业区域采用铁栅网和亚克力板隔离防护。整体智能制造工作区如图5所示。

图5 智能制造工作区

3 盘总成智能制造实施

根据布局策划，针对盘总成自动化生产线进行相关研发设计并制造，落地实施。

3.1 智能制造装配

（1）减振器铆接采用机械桁架在自动储料机构（见图6）依序逐一抓取零件，抓料机械手依次衔接拿取零部件至作业工序岛内，采用双工位装配以符合节拍要求。铆钉振动盘将铆钉按规定方向排序至中间过渡位。CCD相机将目标铆钉的图像信号传送给处理系统，精确铆钉的长度、位置和面积特征。抓料机械手准确抓取合格铆钉穿入铆接孔内，压铆机完成两工装交替送入的部件铆接装配。减振器铆接工序岛局部如图7所示。

图6 自动储料机构

图7 减振器铆接工序岛局部

因墩粗位置位于部件上方，铆接后工件与后续实际装配位置正好相反，故采用叉取翻转机构（见图8）将部件叉取后进行180°翻转，以便衔接输送后道工序。

图8 叉取翻转机构

（2）阻尼元件装配阻尼元件厚度薄、质量轻，易发生掉落以及抓取粘连问题，且阻尼片装入时有周向定位要求，对端拾器要求较高。为防止拿多放多、抓取掉落等情况发生，采用软质气吸结构设计，控制吸力稳定，保证抓取可靠性。在供料机构上采用过渡工装实施周向定位模拟，保证抓料手抓取后放入减振器部件的准确度。抓料机械手顺利完成抓件，并准确装配放置于减振器部装中。阻尼装配局部及抓料机械手如图9所示。

图9 阻尼装配局部及抓料机械手

（3）弹簧分组装配弹簧装配质量直接决定总成扭转特性的稳定性和一致性。对弹簧实施分组工艺，完成减振弹簧压并高度的筛选至关重要。方案实施时发现，若弹簧不按特定的排序放置，会导致分挡弹簧数量不可计，且抓取弹簧时的顺序问题，致使动作节拍变慢。为解决这个问题，设置装配滚动通道（见图10），对弹簧先进行自由长度分挡，装入设有存放槽的弹簧放置板，再将放满弹簧的存放板叠加于滚动通道，装配时存放板移动至装配位，装完后存放板依次进行交换，有效提高了选取速度。

弹簧筛选机构邻设于滚动通道前端，夹取机构将弹簧转移输出，对压并高度进行测量，按设定长度范围值放入指定的分组滚道（见图11）。装配时保证在同一滚道内抓取规定数量的弹簧装入减振器窗口，解决了弹簧装配后压缩长度差值大于装配公差的技术难题。特别是对于弹簧并圈产生极限力矩无限位设计的产品结构，可有效延长弹簧使用寿命。

图11 筛选机构分组滚道

（4）怠速部装怠速减振装配是整条自动化生产线的设计难点，怠速盖板形状复杂，怠速弹簧线径较细，且涉及零件多，需要精细化动作。工序岛设计符合人机工程，方案实施采用人工辅助装配，人工辅位不变动并与机器作业区隔离不干涉。由1名专职人员负责怠速弹簧与盖板的装配，同时核实、检查前面所有工序装配的组件，无误后拍下绿色“Pass”键，载物盘与装配件步进后道工序。怠速组件的铆压以及中间过程、铆压后的抓取工作均自动化完成，铆压采用三工位圆周旋转交替作业，如图12所示。

图12 怠速部装铆压

3.2 缓存上料区

为实现装配和检测的柔性运作，两段之间设置缓存上料区（见图13）。当检测段不能正常运转或需要维护时，装配完成产品可在此区域缓存。同样，当装配段不能正常运转或需要维护时，产品可在此区域上料，平衡前后段的生产节拍和衔接。缓存上料区也可作为多规格产品的上料工位，不同规格的产品在此区域完成上料后，进行全自动化检测，实现自动检测的通用化作业。

图13 缓存上料区

3.3 智能检测

离合器检测设备基本都是人工上料后进行自动检测。因此，自动化检测的实施主要是利用工业机器人完成产品上料和抓取周转，各检测设备自动感应启停作业，同时将所有检测界面由OP显示器实时同步传递，便于可视化管理，如图14所示。此部分主要实施重点为送取料装置、不合格处置和质量系统追溯等方面。

图14 自动化检测区

（1）送取料装置为解决盘总成搬运定位和效率的技术问题，采用双头抓取装置（见图15）。抓取机构设置A、B两组，利用定位与夹紧组件配合实现对产品的抓取搬运，对总成盘毂进行插合定位，同时对总成圆周边沿夹紧抓取，定位准确的同时注重了对产品的防护。四自由度机械手利用双头抓取，通过点位、轨迹控制和伺服三级结构控制实现多个工位共同使用。并且两组抓取机构工作时，A抓手持未作业产品进入工序，B抓手抓取完成工序产品，然后A抓手180°旋转将产品放入工序，B抓手持完成工序产品进入下一道工序，以此类推，极大地缩短了机械手的抓取轨迹，提高了生产节拍和效率[4]。

图15 双头抓取装置

（2）不合格处置针对检测不合格品，设置上下平行的两组输送线。根据检测性能进行分类，即同一性能检测不合格的产品放入同一条不合格输送线。不合格品出现时，机械手会将其放入相对应的辊道流出，并触发相应的计数器，每步进一个工位计数器减1，直到输送线布满报警，对不合格品进行离线处理后恢复，完成不同特性不合格品的区分和离线处理。

（3）质量追溯系统产品的质量追溯至关重要，尤其是对于产品的全生命周期管理。该生产线利用RFID电子标签为每个产品和载物盘赋码，完成整个在线追溯。RFID读、写器自动读写数据，完成采集、收集和储存[5，6]。OP显示器显示所有过程的实时数据、实时报告和检测记录。数据处理系统对各个工序进行不合格统计，并可根据在生产时设定的“批次号+流水号”查找到历史检测数据，也可调出追溯产品的曲线图，同时显示产品的零部件供应商，实现正向和反向追溯，方便查找质量问题点。质量追溯系统界面如图16所示。