汽車滑門中導軌自動化生產線的分析及設計

文/崔選峰?秦皇島燕大汽車零部件制造有限公司

汽車滑門中導軌自動化生產線的分析及設計

文/崔選峰?秦皇島燕大汽車零部件制造有限公司

現今在汽車發展中多用途汽車（商務車、MPV、微型面包車）的優勢越來越明顯，主機廠的重點也越來越向這方面傾斜，而由于生產多用途車的廠家還相對較少，故其廠家銷量都處于高位。高端的多用途汽車（商務車、MPV）空間大、功能多，可進行商務出行及談判等，并可承載體積較大貨物，舒適性能并不比轎車差，而且車身高、視野好。

面對高位的銷量，在多用途汽車零部件的生產中工藝復雜的零部件必然要求自動化生產線來保證數量和質量。在整車車身結構中，中部滑門中導軌的生產無疑是工序最多，質量最難控制的。下面以某車車門中滑軌零件（圖1）為例，對自動化生產線進行分析及設計。

生產工藝分析

材料為1.5mm不銹鋼，表面包覆PVC橡膠，左右件對稱，預計產量20000套/月。基本生產工藝為復合輥壓→三維拉彎→復合沖壓及鋸切→焊接。由于零件屬于車身外飾件，表面要求為A級表面，但外表面包覆PVC橡膠不能增加打磨工序，所以生產線的型材生產只能通過調整設備、工裝及相關參數來保證表面質量，但卻限制了整條生產線的速度在5m/s之內；后部工序的操作由機器人代替人來進行，保證轉運過程的成品率及工序操作的準確性。

圖1 零件簡圖

所需設備和工裝

生產線設備結構復雜，且類別都涉及機、電、液一體化；有鋼帶開卷機、校平機、對焊機、輥壓生產線、擠膠機、感應加熱器、擠塑機、自動上料機、冷卻池、牽引機、切斷機、三維拉彎機、復合沖壓及鋸切工裝、凸焊螺栓焊機、點焊機、無影光源區、自動打包機，液壓站和一臺操作機器人。過程控制通過中央控制電腦集中控制，并在易出問題位置布置攝像頭，便于實時監控及問題追溯。

工序設計注意事項

（1）復合輥壓為常規輥壓線（圖2）與包塑設備優化結合的產物，對前部輥壓線所出口型尺寸要求更為嚴格，公差必須控制在±0.2mm（與材料的厚度有關），如保證不了這個公差尺寸將對隨后的擠塑造成很大影響。擠塑模的設計水平對擠出截面及表面質量起決定作用，然而現在行業中擠出模的設計水平還較低，需要有豐富調試經驗的師傅進行調試來彌補設計上的缺陷。

圖2 復合輥壓線

圖3 三維拉彎工裝

圖4 復合沖壓及鋸切工裝

（2）三維拉彎機用來成形零件的空間形面，由于材料的強度較高，塑性較差，且對成形后內部口形有一定要求，故設計時應注意：1)油缸的選擇應有一定的富余量，便于調整；2)型板零件需淬火來防止長時間使用后零件對型板拉傷；3)應安裝自動裝芯和自動卸芯裝置，且應采用金屬材料；4)預沖基準孔，作為后序的操作基準。

（3）復合沖壓及鋸切（圖4）用來對拉彎后的型材先切斷兩頭，保證端面，再利用復合沖壓工裝實現常規沖壓工序的功能。設計時應注意：1)鋸切型塊與零件的間隙不能過大，不然易出現端面夾角超差，鋸片位置預留足夠的調整空間；2)沖壓采用液壓缸來代替沖床，沖裁間隙適當降低；3)主要位置采用數控加工來保證裝配精度；4)復合沖壓要求各沖壓單元裝配基準一致，保證沖裁平面的一致性；5)PVC橡膠的沖裁采用高壓氣缸來保證端面質量。

圖5 自動生產線布局

生產線布局

由于整條生產線資金投入很大，為降低成本需各方面有效的整合，最終采用以工業機器人為中心環繞式布局方式（圖5），此方式不僅降低了設備投入，節約了場地，還便于監控及操作。

運動干涉分析

自動化生產線只有一臺工業機器人，故運動干涉分析即機器人的運動分析，不僅需要機器人的每一個動作在時間上要盡量縮短，而且還要保證機器人臂有充足的運動空間，結合復合輥壓線的輥壓速度及各工序需機器人完成的時間，最終整條生產線的速度定位為1.8套/min。

機器人的動作順序為：輥壓線有完成型材→三維拉彎機上料并夾緊，拉彎機開始運動→夾持左件凸焊螺栓焊接→夾持左件支架焊接→放無影光源區→拉彎完成后夾持左件致復合沖壓及鋸切單元中的鋸切位置，鋸切單元開始運動→夾持右件件致復合沖壓及鋸切單元中的鋸切位置，鋸切單元開始運動→夾持右件凸焊螺栓焊接→夾持右件支架焊接→放無影光源區→夾持左件由鋸切位置轉至復合沖壓位置，開始沖壓工序→夾持右件由鋸切位置轉至復合沖壓位置，開始沖壓工序→三維拉彎機上料并夾緊，拉彎機開始運動。

正常生產的保障措施

由于整條自動化生產線結構復雜，運動繁多，為防止生產線故障或產品質量出現波動造成停線，應設置兩名工作人員，一名負責在無影光源區有件時對零件進行檢測并裝箱打包，一名負責對整條生產線進行不間斷巡視，防止各工序出現無料、無件對下序造成影響，并實時監控電腦控制系統各項參數是否正常。生產班組實行三班制，因為復合輥壓線停機再生產需要很長的調試時間，會出現很多廢品，所以生產方式為24h不間斷生產，且一次至少生產一個批量。在生產線生產結束后應當對各設備及時進行檢修，防止問題在正常生產過程中發生造成停線。

結束語

由于常規工藝沒有合理的集成化，不僅占用設備多、人員多、場地多，而且人為因素及零件在工序間運轉次數多，也導致了生產效率低下，成品率最高只能到90%，而采用自動化生產線后各方面都有了很大的提升，成品率更是達到了99%。工藝集成化及工程控制的優勢在這個產品上得到了很好的體現，同時也是零件大批量生產發展的必然趨勢。