缸体随行夹具可靠性分析

打开文本图片集

摘要：本文主要介绍缸体随行夹具的作用，缸体随行夹具系统以及失效状态和可靠性数据分析。

关键词： 缸体随行夹具、系统、分析

中图分类号：TG75

随行夹具是切削加工中随带安装好的工件在各工位间被自动运送转移的机床夹具。随行夹具主要是在自动生产线﹑加工中心﹑柔性制造系统等自动化生产中，用于外形不太规则﹑不便于自动定位﹑夹紧和运送的工件。工件在随行夹具上安装定位后﹐由运送装置把随行夹具运送到各个工位上。随行夹具一般以其底平面和两定位孔在机床上定位，并由机床工作台的夹紧机构夹紧，从而保证工件与刀具的相对位置。当工件加工精度要求较高时﹐常把随行夹具的底平面分开成为定位基面和运输基面，以保护定位基面的精度。随行夹具属于专用夹具范围，其装夹工件部分需按工件形状和工艺要求设计。

一、缸体随行夹具的作用

在缸体机加工线安置了一个加工中心，其中一个作业是在缸体上加工曲轴孔。由于曲轴孔分为缸体和群架上互相吻合的两部分，这两部分组成一个正圆曲轴孔，所以加工的时候为保证曲轴孔的正圆精确性必须把群架和缸体合为一体同时加工。为了保证群架和缸体能够在加工时保证相对固定的位置，必须在加工过程中使用随行夹具，以固定上下两部分，如图1-1。如图所示将群架及缸体固定在随行夹具上，其三个部分即变为一个整体单元在工位上流动，这样加工中心就能同时对群架和缸体进行机加工作业完成曲轴孔的加工。

二、缸体随行夹具系统

机加工缸体随行夹具系统由两个部分组成：随行夹具、LOADCELL标定系统。为保证生产的顺利进行，两个部分缺一不可，即形成一个串联的随行夹具系统。

（1）随行夹具构造及工作原理

随行夹具的主要结构由底座、下支架、压力螺杆系统、受压定位感应头、夹具体、顶盖等主要零部件组成。为了提高刚性，减少夹具本身在夹紧时的弹性变形，故下支架做成一体式结构，上下用拉杆连接，使夹具形成框形结构。下部为固定底座，其构造与缸体底座相吻合，使缸体放置于随行夹具上能够完全固定。

当随行夹具进入自动线装料工位后，由一专用机械手设备将缸体与群架送进夹具，然后由另一专用设备对随行夹具与缸体进行定心工作，完成后由上方电气拧紧装置下降并定位到随行夹具受压螺母，确认位置后开始拧紧螺母，通过压力螺杆系统使夹具体渐渐往下开始对群架施压。当受压定位感应头触碰到群架顶端开始计算压力值，十个受压定位感应头通过碟形弹簧受压感应压力指数。十个受压定位感应头全都达到机加工工艺规定的压力值，设备停止拧紧压力传导螺母。由螺杆与螺母的材料摩擦力和应力维持压力状态使缸体与群架以固定压力合并于一体送入加工中心进行曲轴孔的加工。

当随行夹具进入卸料工位时，同样有一个拧紧装置定位压力传导螺母以固定速度缓慢向上拧出螺母，靠拉杆作用使随行夹具受压定位感应头释放压力载荷并离开群架顶端，感应头中碟形弹簧复位。另有专用机械手伸入随行夹具内部将群架及缸体取出。

三、随行夹具系统可靠性数据分析

广义的说，可靠性数据是指在产品寿命周期各阶段的可靠性工作及活动中所产生的能够反映产品可靠性水平及状况的各种数据，可以是数字、图表、符号、文字和曲线等形式。这里所指的可靠性数据是为了在产品寿命周期内有效地利用数据，为改进产品的设计、生产提供信息；为管理提供决策依据；保证产品的可靠性服务。

可靠性数据可以从两方面获得，其一是在实验室进行的可靠性试验中得出，其二是从产品实际使用现场得到。从实验室得到的数据叫试验数据，从现场得到的数据则叫现场数据。在产品故障频发（可靠性低）的状态下，通过实验室的试验可以很容易的获得数据。缸体随行夹具是外包给供应商制作，因此提供给生产线使用的已经是较为成熟的产品。在已经投入生产使用的情况下，其失效结果影响的是后续的装配流水线，因此没有必要进行试验设计阶段数据的采集，在此只对现场数据进行采集和可靠性数据分析。

（1）缸体随行夹具可靠性数据分析的必要性

像二汽发的动机厂机加工流水线从2006年10月开始使用该随行夹具。由于当时生产产量不高，所以加工中心运用随行夹具的使用量也比较少，较少出现大规模的失效问题。2007年12月在K4发动机装配线上回转力矩检测工位检测出现大批量的回转力矩不合格机体。经过装配线FMEA分析，查出由于缸体曲轴孔尺寸超差所导致装配线报警。针对曲轴孔尺寸超差问题组织专家进行各项设备检测进一步分析追溯，发现由于机加工线上加工中心工位加工曲轴孔时群架和缸体结合紧固没达到规定要求，导致刀具在加工曲轴孔走刀时发生尺寸偏差。其根本原因在于机加工随行夹具夹紧力没达到加工工艺要求。而此问题在以前从未发生过。随行夹具的这次失效直接导致了缸体和群架两部分的报废，导致K4发动机装配线无法正常运作，停线修复所花费的时间和费用不可估量。

随行夹具的突然失效，是始料未及的，但是由于事件的紧迫程度比较高，所以当时只能考虑根据情况解决问题，二汽发动机厂采取的措施是立刻使用新的随行夹具，每天进行夹紧力检测，如果不合格立即换另一台上线。这种方法表面上解决了生产问题，但是对于人力及经济成本消耗太大。

（2）随行夹具系统失效状态

压装机INTUITIVE-L压力指示器标示不准确存储数据超差。LOADCELL压力传感部件经过多次受压灵敏度下降导致传感压力不准确。TSC-8 无线发射模块失效，导致不能准确传输数据到压力传感器上。TDM手持设备信号故障，导致控制压力校核时产生误差超差。随行夹具压紧螺母与螺杆产生过度磨损导致摩擦力过度或者不足。压头内部碟形弹簧出现生锈，不能控制压力误差，使压力误差超出规定值。这些失效状态直接导致了随行夹具系统整体不能工作，有些表面问题虽不能直接发现但是还是会在装配线曲轴回转力矩测试工位被发现不合格缸体而产生报警。针对以上问题，必须严格使用可靠性数据分析，加以控制和防范。

（3）随行夹具系统可靠性模型

本文考虑通过可靠性模型及可靠性数据分析来使随行夹具系统的失效与潜在故障模式有据可依，从而更客观且更直接的能够反映随行夹具的工作状态。对于系统，常用的系统可靠性分析方法是：根据系统的组成原理和功能绘出可靠性逻辑图，建立系统可靠性数学模型，把系统的可靠性特征量表示为零部件或子系统可靠性特征量的函数，然后通过已知零部件的可靠性特征量计算出系统可靠性特征量。

参考文献

【1】中国汽车技术研究中心译，潜在失效模式及后果分析（FMEA第三版），2002；

【2】张燏，FMEA在冲压模具设计中的应用[J]，机电工程技术，2007（06）。