利佰特电动拧紧工具在防错中的应用

在机械装配行业，特别是汽车、发动机装配厂，螺纹紧固件装配的质量将直接影响整车的装配质量和行驶的可靠性，螺纹副的装配扭矩控制和防错成了至关重要的问题，越来越多的汽车制造厂家选用了精度较高的电动工具进行装配。目前市面上电动拧紧工具种类繁多，防错功能各有差异，如何将电动工具的这些功能充分应用出来，充分体现它的价值是一个非常重要的问题，本文就此问题展开讨论，给更多的技术人员提供参考。

螺纹连接的常见失效模式 
1.遗漏或重复拧紧螺栓/螺母 
这种情况主要出现在使用单轴电动拧紧工具装配多螺栓件的拧紧工位，操作工容易在装配过程中遗漏个别紧固件或同一位置多次拧紧。
2.螺纹损坏，拧紧后出现假扭矩
零件本身存在缺陷或者螺纹副中存在杂质，导致拧紧完成后扭矩显示合格，但得到的实际夹紧力不足。
3.扭矩错误
实际设置的扭矩值与工艺要求不符。
4.错误/遗漏零件
大多数企业为满足客户的不同需求，采用单线多品种生产技术以实现不同排量，不同型号发动机的共线生产，然而，在单线多品种的制造过程中，因产品的不同，共线制造过程中存在混装、漏装的情况。
5.重复性差   广州利佰特可以为此提供专业的顾问服务和实施计划。
工具稳定性差，随着生产环境和零件批次变化产生较大的波动。

针对以上几种失效模式提出了几种防错方法
与传统的气动工具比较，电动拧紧工具的控制精度大大提高，精密的扭矩传感器可以即时检测拧紧结果，超过设定范围时可立即报警。操作者可以根据不同连接条件进行转速和扭矩的设置，以达到的拧紧效果并进行拧紧缺陷防错。同时，为了与现代装配线上其它控制设备*整合，它还为电子附件如条形码读取器提供一个内置的连接点，有网络通信功能，可以通过串口或以太网或总线的形式和生产线的控制程序互相通信，还可以外接传感器进行拧紧位置和顺序的控制。

1.电动工具与整线PLC控制策略
下面我们介绍一种zui常用的电动工具与整线PLC通信的控制策略，产品到达拧紧工位后PLC通过RFID上的信息获取产品型号，同时判断产品是否是从上工位合格放行。如果是合格产品，PLC会根据产品型号控制拧紧工具调用正确的拧紧程序和相应的防错程序。这里有两种拧紧控制方式：1)不带位置传感器的拧紧工位，拧紧工具执行完拧紧动作后将拧紧结果发送给PLC，PLC内部的计数器根据拧紧工具发送的合格信号进行计数，直到完成PLC所设定的螺栓拧紧顺序后产品才可以被合格放行；2)带有外置位置传感器的拧紧工位，PLC、位置传感器和拧紧工具三者进行通信，既可以控制拧紧顺序，又可以防止螺栓的重复拧紧。控制逻辑如图1所示。

2. 拧紧程序防错法
(1)扭矩控制-角度监控法
扭矩控制-转角监控法就是在将螺栓拧紧到目标扭矩停止的过程中监控从一定扭矩开始到目标扭矩所转过的角度。如图2所示，在拧紧的过程中，扭矩和角度必须同时落在所设定的范围中拧紧结果才算合格。这种控制方法存在两种不合格报警情况：1)扭矩合格角度过低，这种情况存在的可能性有：重复拧紧螺栓、螺纹损坏、螺纹副中有杂质、漏装胶垫圈或者垫片、相配合的零件材质变硬等；2)扭矩合格角度过高，这种情况存在的可能性有：螺牙滑牙、螺栓过度润滑、多装垫片、螺栓材料变化等。在具体的生产中，需要经过大量的试验数据设置合理的角度监控范围，避免造成不必要的返修但又可以在现场及时发现质量问题并报警。

(2)预拧紧阶段角度控制-扭矩监控法
角度控制-扭矩监控法就是将螺栓控制转过一定的角度，在这个角度窗口内监控扭矩的变化范围。经过大量试验数据显示，大多数拧紧滑牙的情况在螺栓拧紧还未到达贴合面时已经有异常，如图3所示，滑牙的拧紧曲线在还未达到贴合面的拧紧阶段扭矩跳动较大，zui大值达到10Nm，而合格的拧紧曲线很平稳，总是在0Nm上下波动。由以上经验总结，对于比较长的螺栓，在预拧紧阶段可以通过角度控制-扭矩监控的防错方法，系统控制在设定的角度窗口内，一旦扭矩超出上限值设备立即停止，这样可以防止螺栓滑牙后继续拧紧，由此造成螺纹孔损坏返修工作复杂。需要强调的是这种办法只能用于自动拧紧工位，因为预拧紧阶段转过的角度与操作工扣动后将套筒放入螺栓的时间关系很大，人为原因不利于进行参数的设置。

(3)外置传感器防错法
对于比较硬的螺纹连接，采用扭矩控制-角度监控的方法进行防重复拧紧并不是很理想，很难找到平衡点来避免设备误判，因此可以采用外置位置传感器对拧紧设备进行控制。下面就飞轮螺栓的拧紧系统为例作一简单介绍：考虑到成本原因，对于六颗螺栓的飞轮连接采用三轴手动电动拧紧设备进行拧紧，设备有两个拧紧位置，如图虚线三角连接的三颗螺栓为*个位置，实线三角连接的三颗螺栓为第二个位置。拧紧设备通过串口或以太网或总线的形式和生产线的PLC进行通信，同时增加两个位置传感器作为拧紧启动的开关，PLC通过控制传感器的开关顺序来控制两组螺栓的拧紧顺序，当操作人员获取的拧紧位置不正确时拧紧工具不能运转。同时如果其中一个位置的螺栓已经拧紧，PLC通过传感器的信号锁定此位置，保证拧紧设备在此位置不能再次运转，避免了螺栓的重复拧紧。这种方法适用于所有类似飞轮的法兰连接和两轴拧紧多组不同位置螺栓的连接，如连杆螺母、缸盖螺栓等场合。

(4)电动拧紧工具的可追溯反馈防错
为了满足有安全和关键性要求的应用工位或对精度要求特别高的拧紧工位，电动拧紧工具可通过控制器收集拧紧数据，通过网络将程序收集在服务器内进行计算分析，自动计算出工具的Cp和Cpk值，使得技术人员可以实时得到拧紧工具的扭矩分布趋势，便于提前预知质量问题，发现工具的不稳定因素，提早对设备进行标定，做到*装配反馈。

本文列举了螺纹连接的几种常见失效模式，针对不同失效模式提出了相应的防错方法，当然这些防错方法并不适用于所有的拧紧方式，在日常工作中，应该根据产品的关键特性和现场的实际情况选择合适的防错方法。

为了提高劳动生产率与自动化程度，电动拧紧枪在实际生产中的应用将会越来越广泛，错误越晚被发现，成本损失越大，且损失不是简单的倍数关系，而是成几何级数增长。如何充分发挥电动拧紧枪防错功能，达到*装配成为更多人研究的方向。