Automatyzacja krytycznych operacji montażowych w procesie wytwarzania skrzyni biegów

Transkrypt

1 ZBROWSKI Andrzej 1 SAMBORSKI Tomasz 2 Automatyzacja krytycznych operacji montażowych w procesie wytwarzania skrzyni biegów WSTĘP Udział kosztów montażu stanowi przeważającą część kosztów wytwarzania i może osiągnąć nawet 30-50% kosztów całkowitych [1, 2, 7]. Montaż jest także procesem w decydującym stopniu wpływającym na jakość i niezawodność produktu [4]. Z tego względu w metodach analizy przyczyn i skutków wad wyodrębniane są techniki ukierunkowane na analizę procesów montażowych [5, 6]. Montaż wielobiegowej samochodowej skrzyni biegów jest procesem składającym się z wielu etapów realizowanych w oddzielnych gniazdach technologicznych. Ewolucja procesu montażu, jak również całego wyrobu, może wynikać ze zmian związanych z modyfikacją technologii bądź z informacji pozyskanych z eksploatacji urządzenia. Proces eksploatacji dostarcza szeregu danych pozwalających na wyeliminowanie źródeł usterek mających bezpośredni wpływ na trwałość skrzyni biegów. Przeprowadzona analiza FMEA przyczyn awarii podzespołu pozwoliła na zidentyfikowanie w procesie montażu operacji, o istotnym znaczeniu dla dalszej eksploatacji, wymagających wprowadzenia działań korygujących. Są to trzy operacje, których celem jest: montaż zespołu koła nawrotnego, regulacja luzu łożysk stożkowych, montaż uszczelniania wału wejściowego. W zaprojektowanym wstępnie procesie montażu, podczas którego skrzynie biegów pozostają przez cały czas na indywidualnych wózkach transportowych (rys. 1), operacje te wykonywane były z wykorzystaniem ręcznych narzędzi. Rys. 1. Schemat linii montażu: 1 tor prowadzący, 2 wózek transportowy, 3 montowana skrzynia biegów 1 Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy; Radom; ul. Pułaskiego 6/10. Tel: +48, Fax: , andrzej.zbrowski@itee.radom.pl 2 Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy; Radom; ul. Pułaskiego 6/10. Tel: , Fax: , tomasz.samborski@itee.radom.pl 7066

2 Poprawność regulacji i przeprowadzonego montażu podlegała weryfikacji prowadzonej bezpośrednio przez pracownika odpowiedzialnego za wykonywane czynności. Pomimo stosowania systemu elektronicznej rejestracji poszczególnych operacji montażowych (kod kreskowy sczytywany w każdym gnieździe) oraz prowadzonej polityki szkoleń pracowników podjęto decyzję o konieczności zastosowania rozwiązań eliminujących subiektywna ocenę człowieka. Obszar wprowadzanych zmian obejmował zastosowanie w procesie montażu specjalizowanych mechatronicznych przyrządów [3] (urządzeń) poka-yoke oraz wprowadzenie informacji elektronicznej do systemu jakości o wyniku procesu. Dodatkowo ręczne wózki technologiczne, poruszane wzdłuż prowadnic, zostały wyposażone w klucze ryglujące unieruchamiające wózek w obszarze gniazda montażowego. Zastosowane rozwiązanie uniemożliwia przemieszczenie wózka do kolejnego gniazda w przypadku błędnie zrealizowanych operacji. 1. MONTAŻ ZESPOŁU KOŁA NAWROTNEGO Podstawowymi, ze względu na realizowany proces montażu, częściami wchodzącymi w skład zespołu koła nawrotnego są: koło zębate, oś oraz pierścień zabezpieczający. Prawidłowo zrealizowany montaż wymaga umieszczenia w korpusie skrzyni biegów koła zębatego oraz wbicia osi na określoną głębokość umożliwiającą umieszczenie pierścienia osadczego w dedykowanym rowku (rys. 2a). Rys. 2. Przyrząd do wspomagania montażu zespołu koła nawrotnego: a) uproszczony przekrój zmontowanego zespołu, b) przyrząd montażowy; 1 koło zębate, 2 oś, 3 pierścień osadczy. Zgodnie z pierwotną organizacją procesu operator, po umieszczeniu w gnieździe koła zębatego wbijał oś wykorzystując ręczne narzędzia (młotek oraz sworzeń). W kolejnej fazie umieszczał w rowku pierścień osadczy z użyciem dedykowanych szczypiec. Potencjalne błędy tej operacji to brak pierścienia zabezpieczającego lub nieprawidłowe umieszczenia w rowku korpusu skrzyni. W celu wyeliminowania usterek opracowano hydrauliczny przyrząd, montujący w jednej operacji oś i pierścień zabezpieczający (rys. 2b). Przyrząd wyposażono w system kontroli obecności pierścienia osadczego przeznaczonego do montażu oraz moduł komunikacji z systemem kontroli jakości produkcji. 2. REGULACJA NAPIĘCIA WSTĘPNEGO ŁOŻYSK STOŻKOWYCH Prawidłowa praca łożyska stożkowego zależy przede wszystkim od napięcia wstępnego gwarantującego odpowiedni rozkład nacisków w węźle tocznym w całym zakresie warunków pracy. 7067

3 Właściwe napięcie wstępne uzyskiwane jest przez względne przemieszczanie pierścieni łożyska. Jedną z metod regulacji luzu łożysk montowanych w układzie X jest aplikacja podkładek o określonej grubości pomiędzy pierścień zewnętrzny łożyska i czoło pokrywki ustalającej położenie osiowe łożyska w zespole (rys. 3a). Rys. 3. Urządzenie do regulacji napięcia wstępnego łożysk stożkowych: a) przekrój, b) urządzenie; 1 łożysko, 2 podkładki regulacyjne, 3 pokrywka W procesie regulacji wspomaganym ręcznymi narzędziami operator dokonuje pomiaru odległości K czoła powierzchni pierścienia zewnętrznego łożyska od powierzchni korpusu. Wynik pomiaru decyduje o grubości pakietu podkładek regulacyjnych, które umieszcza pod pokrywką. Wadą tak realizowanej regulacji jest prowadzenie pomiaru w warunkach braku ściśle zdefiniowanego osiowego obciążenia łożyska niezbędnego do prawidłowego pomiaru. Wprowadzenie do procesu montażu opracowanego mechatronicznego urządzenia (rys. 3b) pozwala na prowadzenie regulacji zgodnie z następującym algorytmem: pomiar odległości K czoła powierzchni pierścienia zewnętrznego łożyska od powierzchni korpusu w warunkach stałego, zadanego obciążenia, dobór i umieszczenie podkładek regulacyjnych, pomiar kontrolny stosu podkładek w warunkach stałego, zadanego obciążenia, montaż pokrywki. Zastosowane urządzenie kontrolno-pomiarowe zapewnia w 100% odpowiednią regulację napięcia wstępnego łożysk stożkowych. Źródłem wadliwie przeprowadzonego procesu regulacji może być tylko celowe działanie człowieka (zmiana podkładek) w fazie pomiędzy pomiarem kontrolnym i montażem pokrywki. 3. MONTAŻ PIERŚCIENIA USZCZELNIAJĄCEGO WAŁ WEJŚCIOWY Warunkiem bezawaryjnej pracy zespołu napędowego pojazdu jest między innymi zapewnienie właściwego smarowania przekładni w tym skrzyni biegów. W wielu przypadkach ilość oleju jaką jest napełniana w procesie produkcji przekładnia gwarantuje długotrwałą, bezobsługowa pracę. W związku z tym niezbędnym warunkiem bezawaryjnej pracy jest zapewnienie szczelności spoczynkowej i ruchowej pomiędzy współpracującymi elementami. Szczególną uwagę należy zwrócić na warunki montażu (czystość, położenie końcowe) pierścieni uszczelniających w ruchu obrotowym np. wału wejściowego skrzyni biegów. Warunki montażu pierścienia uszczelniającego wał wejściowy 7068

4 skrzyni biegów wymagają umieszczenia pierścienia równolegle do powierzchni pokrywki w ściśle określonym położeniu (rys. 4a). Proces aplikacji prowadzony z wykorzystaniem ręcznych narzędzi i pomocy technologicznych skutkować może uszkodzeniem uszczelnienia i/lub umieszczeniem w pozycji innej niż wymagana. Rys. 4. Przyrząd do montażu pierścienia uszczelniającego: a) przekrój, b) urządzenie; 1 wał wejściowy, 2 pierścień uszczelniający, 3 pokrywka Wyeliminowanie rutynowych działań człowieka wymagało opracowania dedykowanego przyrządu montażowego. Napędzany hydraulicznie przyrząd, bazowany na wale wejściowym i pokrywce łożyskowej zapewnia: kontrolę obecności pierścienia przeznaczonego do montażu, wciśnięcie na zadaną głębokość oraz przekazanie do systemu jakości informacji o przebiegu procesu. PODSUMOWANIE Przedstawione rozwiązania sprzętowe i programowe wprowadzone do procesu montażu skrzyni biegów umożliwiły udoskonalenie systemu wytwarzania na podstawie informacji pozyskanych z sieci serwisowych oraz bezpośrednio od klientów. Działania korygujące wykonane na podstawie przeprowadzonej analizy FMEA procesu montażu wykazały konieczność zmiany dotychczasowej organizacji w obszarze stosowanych narzędzi, oprzyrządowania i środków kontrolno-pomiarowych. Ponieważ montaż prowadzony ręcznie charakteryzuje się większą pracochłonnością oraz większym prawdopodobieństwem popełnienia pomyłki, zastosowano działania naprawcze ukierunkowane na automatyzację trzech operacji, których skutki błędnego wykonania charakteryzują się największym poziomem krytyczności i najwyższym prawdopodobieństwem wystąpienia. W wyniku przeprowadzonych działań opracowano i wdrożono trzy mechatroniczne urządzenia montażowe automatyzujące montaż zespołu koła nawrotnego, regulację luzu łożysk stożkowych, oraz montaż uszczelnienia wału wejściowego. Efektami usprawnionego procesu jest wyeliminowanie zbędnych czynności, uproszczenie sposobu wykonania czynności oraz zmiana wyposażenia niezbędnego do realizacji operacji. Dzięki zastosowaniu interfejsów komunikacyjnych opracowane automatyczne urządzenia montażowe umożliwią współprace on-line z systemem zapewnienia jakości w warunkach 100% kontroli w systemie zero braków. 7069

5 Streszczenie W artykule przedstawiono sposób rozwiązania problemu eliminacji usterek wielobiegowej skrzyni biegów wynikających z błędów powstałych na etapie montażu. Zaprezentowano zakres działań korygujących, wykonanych na podstawie przeprowadzonej analizy FMEA procesu montażu, w obszarze stosowanych narzędzi, oprzyrządowania i środków kontrolno-pomiarowych. W wyniku przeprowadzonych działań opracowano i wdrożono trzy mechatroniczne urządzenia montażowe automatyzujące montaż zespołu koła nawrotnego, regulację luzu łożysk stożkowych, oraz montaż uszczelnienia wału wejściowego. Efektami usprawnionego procesu jest wyeliminowanie zbędnych czynności, uproszczenie sposobu wykonania czynności oraz zmiana wyposażenia niezbędnego do realizacji operacji. Dzięki zastosowaniu interfejsów komunikacyjnych opracowane automatyczne urządzenia montażowe umożliwią współprace on-line z systemem zapewnienia jakości w warunkach 100% kontroli w systemie zero braków. Automation of critical assembly operations in a gearbox manufacture process Abstract The article shows how to solve the problem of elimination of gearbox defects resulting from errors occurring during their assembly. The authors present a range of corrective actions based on the FMEA analysis of the assembly process focused on the types of the applied tools, equipment and control measures. Based on the activities undertaken, three mechatronic devices intended for the automation of the assembly of a reversing wheel, the adjustment of the play in a tapered roller bearing, and the mounting of the input shaft seal were developed and implemented. As a result of the improved process, the elimination of unnecessary operations, the simplification of their execution, and the exchange of the equipment necessary for their implementation were possible. By using communication interfaces, the developed automatic assembly devices will enable on-line cooperation with quality assurance systems in the zero defects environment. BIBLIOGRAFIA 1. Boothroyd G., Assembly Automation and Product Design. Taylor and Francis, Boca Raton, Florida, Boothroyd G., Dewhurst P., Knight W., Product Design for Manufacture and Assembly. Marcel Dekker, New York, Kowalski T., Lis G., Szenajch W., Technologia i automatyzacja montażu maszyn. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa Łunarski J., O problemach jakości w procesach montażu. Technologia i Automatyzacja Montażu, 2001, nr 1, s MacDermott R. E., Mikulak R. J., Beauregard M. R., The basics of FMEA. Productivity Press, Nannikar A. A., Raut D. N., Chanmanwar R. M., Kamble S. B., FMEA for Manufacturing and Assembly Process. International Conference on Technology and Business Management, Dubai, March , pp Whitney D. E., Mechanical Assemblies: Their Design, Manufacture, and Role in Product Development. New York, NY: Oxford University Press,