一種汽車滑柱和油箱頸同時擰緊機器人設計分析

陶小亮，毛艷波

（一汽-大眾汽車有限公司佛山分公司，廣東 佛山528000）

1 引言

近年來，汽車廠商日益重視汽車制造業的自動擰緊設備運用。在汽車滑柱自動裝配領域里，工業機器人能使裝配更加智能化，降低了車企制造成本，符合當前降本增效的要求。本文以一汽-大眾佛山工廠一期總裝生產線滑柱和油箱頸自動擰緊為例，介紹了擰緊機器人在裝配線上的應用[1]。

2 滑柱擰緊機器人的優勢

2.1 滑柱擰緊機器人簡介

滑柱擰緊機器人是自動化工程和機械設計工程相融合創新的科技產品，從結構層次上其可以分為負責識別于控制擰緊過程的識別控制系統和執行擰緊工作的機械結構。識別控制系統是滑動機器人的核心部分，其可以分為使用工控機操作控制的擰緊機器設備、基于可編程控制器的電動擰緊設備以及以單片機作為核心的專用控制系統的設備。滑柱擰緊機器人如圖1所示。

自動擰緊零部件是擰緊槍和驅動的結合，能夠實現快速擰緊工作。識別控制系統能夠根據流水產線不同型號車輛配置，調用不同擰緊程序，執行設定的指令從而實現高效工作。

圖1滑柱擰緊機器人

2.2 滑柱擰緊機器人的特點

穩定性高：滑柱擰緊機器人是根據預先編輯的技術代碼和設定好的工作路線進行工業生產，因此其可靠性更強。滑柱機器人在工作過程中能避免擰緊變形等問題，避免了一些不必要的生產狀況，使汽車的出廠質量得到進一步的提高[2]。

靈活性強：因為流水線是多車型混線生產，對其操作程序的運行方式進行修改或者重新寫入，不同車型編輯不同程序，將滑柱擰緊機器人柔性匹配到不同車型的生產制造環節。

功能性多：滑柱擰緊機器人不僅可以進行滑柱擰緊還可以實現油箱頸擰緊和充電座擰緊。項目能節省單班次2名操作者，按照大眾公司15萬元/（年·人）的成本核算，雙班制生產線一年可節省60萬元，經濟型極佳。縱觀國企其他廠商，同時對標一汽-大眾其他工廠和上汽大眾工廠滑柱擰緊狀態，滑柱擰緊疊加油箱頸擰緊結合，目前在國內也是首創。此外，當車間具有足夠的電量并對機器進行不定期的維修保養，保持機器的正常工作，可以實現滑柱擰緊機器人24h不間歇運行，在一定程度上提高了生產效率[3]。

3 滑柱擰緊機器人的系統構成

3.1 主體機構

從穩定性和實用性的角度出發，給設備配置底座支撐，不僅能夠使得滑柱擰緊設備安全地運行，還能在一定程度上滿足設備的工作高度。設備主體不僅應具有足夠的剛度、強度并且還要充分保證工作的靈活性能，避免設備自身出現卡頓鎖死的情況。在結構設計上，應該選擇合理的驅動方式，使得設備運行良好無故障。主體機構與其他各個機構相互連接、配合，協作完成裝配任務。對于制造材料方面，應該充分考慮其性能要求，滿足結構性能的同時選用較輕的材料。

3.2 擰緊轉換機構

擰緊轉換機構設計為機器人攜帶4根擰緊套筒，每次擰緊2顆螺栓的方式。擰緊完成滑柱后，機器人擰緊槍頭退出，旋轉并180°，更換另外2個擰緊槍匹配油箱頸擰緊動作。在工作中，通過設置不同的工藝參數和程序，控制機器人在垂直和水平方向的移動以及旋轉角度，帶動擰緊軸移動到螺栓位置，完成螺栓擰緊動作。機械擰緊結構如圖2所示。

圖2滑柱和油箱頸擰緊轉換機構

4 滑柱擰緊機器人擰緊技術

4.1 技術要求分析

對于滑柱機器人在汽車產業現場的要求情況，對其進行如下分析：滑柱擰緊設備能夠全方位轉動，這就使得其在空間區域中至少有3個自由度，包括在X、Y、Z軸方向上的移動，使得其擰緊機械臂能夠在空間區域的任意位置進行運動。流水線工序節拍52s，所以要求滑柱擰緊機器人在高標準的定位精度情況下還要保證響應迅速。因此，為了保證機器人能夠到達這樣的要求，傳動方案要有足夠高的運動精度[4]。

4.2 擰緊過程的控制方法

機器人擰緊工作的實質是要將需要裝配的零部件的預緊力有效地控制在一定范圍內。擰緊槍品牌為阿特拉斯，采用力矩和轉角2種參數監控最終擰緊力矩，也是當前德系企業汽車生產線針對擰緊等級為CAT A&B類擰緊點常用的擰緊方式。

機器人在工作中需要對擰緊過程進行實時的監控，以保證擰緊力矩的準確性。監控過程根據擰緊曲線來確定工況的合格程度。其主要的方法是扭矩控制-角度監控法和轉角控制-扭矩監控法。前者是當扭矩到達最終裝配扭矩的范圍之內時，擰緊設備降低轉速緩慢進行擰緊工作，當到達最終裝配的扭矩值，進行角度監控。這種方法控制精度高，且能監控零部件質量[6]。本文擰緊點采用扭矩-角度監控法。經過調試后，擰緊合格率達到99.8%，滿足現場實際生產對設備可動率和擰緊合格率的要求。

5 結語

隨著機器人技術在汽車制造業的廣泛運用，本文巧妙設計開發出滑柱和油箱頸同時擰緊機器人，為國內首創。擰緊機器人的成本經濟性和擰緊控制的可靠性，相較于人工作業，具有極大的優勢。此外，隨著國民經濟發展的降本增效，提升生產效率成為企業競爭重要因素。本文開發的滑柱和油箱頸擰緊機器人生產線具有極強的柔性，后期對工藝參數和擰緊設備稍加更改，便可以實現對更多種類車型的擰緊作業，在汽車制造領域極具推廣性。