温应维
广州汽车集团乘用车有限公司
摘要：汽车总装装配过程中，螺栓拧紧装配占据大部分工程，为了提高拧紧装配质量，防止不良流出，实现拧紧数据的信息化管理，电动拧紧工具在该工程中的使用有很大的必要性。本文从电动拧紧工具的结构出发，结合实际说明其在实际生产过程中质量保证及装配防错和实现信息化的一些常用措施。
关键词：电动拧紧工具；质量保证；装配防错；信息化
前言：在汽车总装批量生产的过程中，其螺栓装配质量直接关系到产品的安全性和可靠性。螺栓连接扭矩管理是生产品质保证的重要项目，在装配过程中出现的螺栓漏拧或者扭矩过小都是重大的品质问题，而电动拧紧工具功能在装配品质保证上则越来越得到体现。
一、电动拧紧工具介绍
目前大部分电动拧紧工具主要由控制器、拧紧工具及通讯电缆组成，拧紧工具的基本结构大致一样，包含齿轮箱、扭矩传感器、角度编码器、电机、电路板等，其中扭矩传感器与角度编码器是电动拧紧工具质量保证的核心部件。
电动拧紧工具具有输出精度高、拧紧过程可控、可联网监控等特点。工具接通电源后利用自身的马达控制器驱动，经过上述传感器和齿轮等机构，扭矩在拧紧过程中由小变大，当扭矩或角度达到目标时，马达自动停止转动，拧紧机自动停止运转，整个过程有工具系统监测控制，最终实现高精度的扭矩输出。
二、质量保证方式
1、常见拧紧质量问题
根据实际生产制造经验，常见的装配问题有以下几种：螺栓漏拧或者螺栓重复拧紧；没有得到真正的扭矩；错误的扭矩；工具输出扭矩一致性不高；数据不可追溯。实际生产过程中，从“人、机、物、法、环”五个方面分析，主要存在以下因素影响装配拧紧不良，需要从这几方面严加管控，避免质量不良流出。而以上几种拧紧装配问题，通过电动拧紧工具并配合管理系统，皆可以得到解决。
2、电动拧紧工具控制方法
（1）控制策略
控制策略主要包含扭矩控制、扭矩控制-角度监控、角度控制-扭矩监控、螺栓伸长法控制等，其中螺栓伸长法虽然最为可靠，但在实际装配机械上难以实现，尚未应用于生产。
扭矩控制法主要用于控制扭矩。在输出扭矩达到最终目标值时，工具会自动停止工作。虽然该方式可有效实现扭矩控制，但并不能监控螺栓的连接状态是否正确。所以引入扭矩控制-角度监控法，像螺栓倾斜、存在焊渣等情况，虽然达到扭矩，但在拧紧过程中转动的角度和正常状态不一样，容易产生所谓的“假扭矩”，引入角度监控可有效监控拧紧过程。
角度控制-扭矩监控用于控制角度并监测扭矩，工具在达到目标角度时自动停止工作。角度法控制分为两个阶段。首先采用扭矩控制，设定起始扭矩；待拧紧达到起始扭矩后，再转动一定的角度，具体表现形式为“起始扭矩+角度”，如30Nm+90°。当螺栓被拉伸一定程度后，其张力和螺栓转动的角度成线性关系，处在弹性变形区域。所以角度法的第一阶段扭矩控制，是为了拉伸螺栓；第二个阶段是控制螺栓的伸长量，在螺栓贴合以后的整个拧紧范围，伸长量始终与转角成正比。这种方式通过将螺栓拉长而达到屈服点，既充分利用材料强度，又完成了高精度拧紧控制，可以很好的控制连接的夹紧力。此处扭矩监控的目的是为了保证转角法工艺的安全，因为如果最终实现的扭矩效果过大或过小，则可能产生螺栓被拉断或扭断等风险。
（2）拧紧策略
常用的拧紧策略包含两步拧紧、多步拧紧。
两步拧紧分为两步操作。第一步，工具高速运行，达到设定的中间扭矩；第二步，工具较低速运行，最终达到目标扭矩。第二步低速运转可以减缓达到目标扭矩时候的过扭。主要应用于大多数硬连接紧固点，如座椅连接、轮毂轴承连接等。
多步拧紧主要将拧紧过程分为多个拧紧步骤，如先正向拧紧、再反转、最终正向拧紧，多应用于软连接点及扭矩衰减明显的紧固点。正向拧紧设置的初次拧紧扭矩可以让工件在初次拧紧时使材料提前发生形变，减小应力影响。中间返松等过程还可以去除螺纹副表面毛刺，降低其表面粗糙度，从另一方面也减少了后续扭矩衰减。
特别的，工具中的重复拧紧检测策略可避免重复拧紧计数错误而导致螺栓漏拧流出。在达成目标扭矩后，限制再进行二次拧紧所产生的角度或速度等，该参数与正常一次拧紧达到的参数有明显区别。
三、装配防错及信息化管理
1、套筒选择器防错
当一把拧紧工具需要紧固不同扭矩的紧固点时，可借助套筒选择器，选择器上采用不同的传感器对应不同的扭矩，选择不同位置的套筒就相当于触发控制器里边相应的扭矩程序；当需要按照顺序紧固多个不同扭矩的紧固点时，可将这所有需要拧紧的紧固点扭矩（PSET）按顺序编组（JOB），将套筒选择器里边的不同扭矩通道与编组的扭矩顺序相结合，只有按照编组顺序拿取套筒，才能触发相应扭矩，否则跳过该顺序拿取与设置顺序不同的套筒，则程序不会被触发。这种形式可以起到程序防错作用。
2、空间位置定位防错
该防错方式采用辅助力臂机构并在机构上安装位置编码器，在定位系统上提前设置好紧固点的空间位置坐标（X/Y/Z），将对应扭矩与实际紧固点的空间位置相结合，机构移动过程中位置编码器实时检测移动位置，只有当设备移动到该紧固点位置时才可以进行作业，否则工具无法启动。这不仅实现了程序防错，同时也实现了紧固点空间位置防错。
3、生产线联锁防错
生产线联锁防错法通过工具控制器与生产线控制PLC进行通讯。当车身进入装配工位之后，拧紧工具开始拧紧作业，工具可自行判断拧紧结果，最后将拧紧结果信号（OK/NG）通过总线等形式发送至线体PLC，如果拧紧OK，则线体允许车辆继续流动；当车辆快要出本工位时，如仍有不达标的紧固点或者存在漏拧，线体PLC结合出工位传感器信号与拧紧NG信号，发出线体停链命令，从而实现拧紧工具与生产线的联锁，防止拧紧不良流出。利用电动拧紧工具与生产线联锁防错，实现电动拧紧工具的初步信息化。
4、车型识别防错
车型识别防错是指对于拧紧的紧固点程序选择，采用扫描枪或者智能设备（如RFID等）通过车辆具体配置码进行程序识别，避免人工选择程序出错的影响。通过在工具控制器里设置车身配置码所对应的扭矩程序，或者是通过外部系统设置相应的车身配置码与工具拧紧程序编号对应的配置表，一旦获取该配置码后，工具可以识别相应的拧紧程序，从而实现车型识别防错拧紧。如果有新的车型配置，需进行配置表维护更新。
5、扭矩绑定追溯
以上所有的拧紧防错方式都是过程防错，而实际如果有质量问题时，需要进行结果查看，进行“车身号-紧固点-扭矩值”数据追溯。扭矩绑定追溯实现方式与车型识别防错方式一样，通过扫描枪或者外部智能识别方式实现，而此时的配置码则为车身号或零件号，一般采用上位监控系统工具控制器通讯，将拧紧结果与车身号/零件号绑定，最终将扭矩信息实时采集至系统服务器，这类数据既可以实现追溯防错，还可以进行数据分析，比如工具cpk值，正态分布情况等。通过程序识别与扭矩绑定，实现电动拧紧工具更进一步的信息化。
结束语
随着市场对汽车安全要求越来高，汽车的装配品质也越来越得到重视，相应的，随着电动拧紧工具在实际生产中的广泛使用，其功能也日益凸显。本文结合汽车装配工艺实际，从电动拧紧工具结构出发，把电动拧紧工具在质量保证、装配防错和信息化管理几个方面作了说明。如何让电动拧紧工具的优势更好的发挥出来，需要结合实际生产和先进技术，使其最大限度的保证产品的装配质量与安全。
参考文献：
[1]朱正德，林湖.扭矩—转角法拧紧工艺条件下的装配质量评价[J]. 轻型汽车技术， 2004 (9) :32-36.
[2]黄健.装配过程常用拧紧控制策略分析[J].电动工具， 2008(02)：9-12.
论文作者:温应维
论文发表刊物:《防护工程》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/26
标签：扭矩论文; 工具论文; 螺栓论文; 紧固论文; 角度论文; 套筒论文; 程序论文; 《防护工程》2018年第15期论文;