以汽车发动机装配线为例，传统的手动及半自动装配工艺不仅容易导致错装、漏装，而且容易造成装配质量无法达到工艺要求的问题，同时由于人工参与限制了生产节拍，极大地制约了发动机装配线产能提升。在智能化生产成为发动机制造必然趋势的今天，如何将发动机装配过程中的手动或半自动装配向智能化装配转变，成为发动机装配领域的一个重要研究方向。根据工业4.0的要求，装配领域向智能化转变首先要实现设备的高自动化、高柔性化，同时设备还需具备良好的数据接收及分析功能。机器人技术的高速发展使机器人成为装配领域首选设备，为产品实现智能化装配打下了良好基础。

发动机缸孔润滑工艺

发动机在运行过程中活塞连杆总成处于高速往复运动的工况，活塞环与发动机缸孔间配合的好坏程度将直接影响发动机的功率、油耗、排放及使用寿命。为杜绝装配过程中因活塞环与发动机缸孔间干摩擦造成的缸孔壁异常磨损，在装配活塞连杆总成前，工艺上要求在缸孔表面涂润滑油。

传统涂油工艺有手工涂油及机械设备涂油两种，以某发动机工厂为例，该工厂生产四缸发动机，发动机装配线采用手工润滑缸孔工艺，手工润滑缸孔时，员工使用喷油壶（见图1）进行发动机缸孔润滑，该喷油壶是利用压缩空气将润滑油雾化后通过气流将润滑油雾喷入缸孔中达到润滑缸孔的目的。

喷油壶润滑的缺点

1.润滑不充分

使用喷油壶润滑时，油雾喷出为锥体形状，而发动机缸孔内表面为圆柱面，在整个润滑过程中，员工无论是通过调整油壶喷嘴角度或是喷油壶与缸孔的距离都无法实现整个缸孔内壁的均匀润滑，使用喷油壶润滑缸孔的前后对比如图2、图3所示。

2.人机工程差

使用油壶润滑时，压缩空气将润滑油进行雾化，雾化后的机油在空气中形成油雾，操作员工在油雾环境中工作，极易吸入细微机油颗粒，不符合人机工程要求，同时现场环境的清洁度也会受到很大影响。

3.产品的一致性差
喷油壶润滑缸孔存在以下问题：员工手法不一致导致喷油量不一致；气压不稳定造成的润滑油雾化效果不一致。最终无法保证每台发动机的润滑效果保持一致，不符合产品一致性要求。

智能化润滑设备的开发

为解决手动缸孔润滑工艺存在的各种问题，我们基于机器人开发了一套发动机缸孔智能润滑设备，该设备需达到以下目标：设备为全自动润滑设备；发动机缸孔内壁润滑效果需要完全达到工艺要求；润滑过程对工位环境无污染；润滑设备受整线气压波动影响小，单工作循环油量可控。

1.机型识别系统

装配线增加单独工位用于安装智能缸孔润滑设备，新工位采用与主线一致的数据读写器，发动机托盘进入工位后，工位读写器读取发动机托盘信息并判断发动机类型，PLC系统根据发动机类型调用相应的缸孔润滑程序，同时工位顶升机构将发动机托盘顶起，工位压紧机构压紧发动机缸体使缸体进入待润滑状态。

2.润滑油喷嘴

发动机缸孔内表面为圆柱形，为保证缸孔表面得到充分均匀润滑，润滑油喷嘴应在喷油时具备旋转功能。智能缸孔润滑设备选用进口的旋转喷嘴总成，该喷嘴总成为圆柱形，在柱形径向表面具有多个喷油孔，同时喷嘴总成自带电动机，在工作时电动机驱动圆柱形喷嘴360°高速旋转，从而使发动机缸孔内表面在圆周方向上得到均匀润滑。该旋转喷油嘴总成如图4所示。

3.设备供油系统

润滑油供油系统使用进口集中供油系统，该润滑系统主要由油箱、气动驱动活塞泵及齿轮油泵组成，工作原理为齿轮泵将主油箱的油抽至活塞泵油箱，由活塞泵通过油管将润滑油集中供出。供油量由活塞泵单位时间工作次数决定，通过程序可将每循环的供油量进行精准控制，从而保证每个缸孔润滑油量的一致性。润滑系统和喷油嘴总成组成的结构如图5所示。

4.喷油嘴驱动机构

装配工艺要求发动机缸孔在活塞运动的一个冲程范围内得到润滑，润滑喷嘴总成在工作过程中需要在活塞运动方向上进行移动，驱动喷嘴运动的设备选用进口6轴机器人，同时根据驱动电动机的重量及现场空间布局进行机器人具体型号的选用，选定的机器人各项主要参数如表所示，机器人带动旋转喷嘴工作状态示意图如图6所示。

智能化缸孔润滑设备特点

1.智能化与柔性化

智能缸孔润滑设备为全自动设备，针对不同机型，机器人自动选择对应的动作程序，发动机随托盘进入工位后，托盘的顶升、发动机压紧、设备完成各个缸孔的润滑以及发动机合格放行等各项操作均自动进行。同时，采用机器人带动旋转喷油嘴进行各种不同轨迹运动，可以让设备兼容不同缸数及不同气缸布置形式发动机的缸孔润滑，实现该自动站的智能化及全柔性。

2.润滑缸孔充分均匀

润滑过程中旋转喷嘴的高速旋转保证了缸孔在圆周方向上得到充分润滑，同时机器人带动喷油在活塞运动方向上运动，在缸孔内表面形成圆柱形且各处均匀的润滑油膜，达到工艺相关要求。智能润滑前后对比如图7、图8所示。

3.润滑过程无油雾产生

供油系统使用活塞泵将润滑油输入喷油嘴，活塞泵泵出的机油压力为固定压力且可调，在该机油压力下，机油通过旋转喷油嘴的油孔喷出不会形成油雾，彻底解决了原来手动喷油润滑方式产生大量油雾的问题。

4.润滑效果一致

先进的润滑油供油系统具备活塞泵工作监控功能，单个工作循环活塞泵工作次数可调，活塞泵每次工作泵出的润滑油量一定，从而保证了每台发动机各缸孔所涂的润滑油量相同，产品一致性得到保证。

结语

机器人驱动机构及先进的供油系统组成了智能化缸孔润滑设备，该设备不仅解决了传统缸孔润滑工艺润滑质量差、易产生油雾等缺点，而且设备的柔性化程度高，对气缸数不同、气缸排列形式不同的发动机都可以进行兼容。同时由于机器人控制系统具备良好的数据传输及处理功能，智能化缸孔润滑设备具备与装配线其他工位进行信息互动的能力，为装配线进一步发展打下了基础。发动机其他装配工位可参考该设备模式进行自动化改造，从而进一步提升发动机装配线的智能化水平。