車身夾具調(diào)試驗收方法及滾邊工藝分析

陸勇

(北京奔馳汽車有限公司MFA裝焊車間，北京 100176)

0 引言

X156項目是北京某前驅(qū)平臺的首款車型，擔負著新平臺在中國市場的認可與認同任務(wù)。該項目于2013年3月正式啟動試裝，自動化率僅為40%左右，眾多的手工工裝對整車的質(zhì)量和穩(wěn)定性提出了嚴苛的考驗。因此，在生產(chǎn)線自動化率嚴重低下的現(xiàn)實情況下，如何實現(xiàn)白車身零件的尺寸合格且穩(wěn)定狀態(tài)，成為了最棘手的問題，需要系統(tǒng)化的解決方案。

在試裝階段，探討并實踐了一系列的夾具驗收與調(diào)試方法，通過系統(tǒng)的分解任務(wù)和時間節(jié)點，以結(jié)果為導向，形成了夾具精度符合性檢查、夾具穩(wěn)定性檢查、滾邊胎調(diào)試、裝具調(diào)試、產(chǎn)品符合性調(diào)試等系統(tǒng)化的方法。

覆蓋件的尺寸問題是影響整車外觀質(zhì)量最重要的因素，對覆蓋件進行滾邊優(yōu)化是亟待解決的問題。通過X156項目的實踐，總結(jié)了一系列的滾壓包邊工藝技術(shù)要求，探討了滾邊尺寸穩(wěn)定性保持方法、滾輪正常工作狀態(tài)的要求、滾邊尺寸的調(diào)整方法，并通過生產(chǎn)驗證使?jié)L壓包邊工藝滿足工藝要求。

文中將從夾具驗收與調(diào)試方法以及機器人滾壓包邊工藝兩方面進行探討，并進行詳細介紹。

1 白車身夾具驗收與調(diào)試方法

白車身工裝夾具在投入系列化生產(chǎn)前要歷經(jīng)設(shè)計審核、現(xiàn)場驗收及調(diào)試兩個重要階段。在設(shè)計審核階段，需要在夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計上避免不合理，保證設(shè)計標準統(tǒng)一，防止影響夾具功能的實現(xiàn)；在現(xiàn)場驗收及調(diào)試階段，需要消除夾具的制造及裝配問題，進行功能調(diào)試，保證產(chǎn)品的尺寸需求[1]。

1.1 夾具精度符合性檢查

夾具交付到現(xiàn)場后，首先需要對夾具的精度進行檢查及確認，對不符合精度要求的夾具結(jié)構(gòu)進行整改。

1.1.1 夾具標定

夾具在交付現(xiàn)場進行組裝后需要由區(qū)域供應(yīng)商對夾具精度進行重新標定，標定完成后需要抽測10% 的夾具進行檢驗，其中定位焊夾具占抽測樣本7%，補焊夾具占抽測樣本3%。若抽測中發(fā)現(xiàn)夾具偏差大于0.2 mm，且有嚴重錯誤，抽測樣本擴大至50%，若同樣發(fā)現(xiàn)嚴重錯誤，抽測樣本為全部夾具。供應(yīng)商需對標定不合格的夾具進行精度整改，并重新標定。

1.1.2 鋼板間隙

夾具標定保證了所有定位元件的精度，但是夾具壓塊的精度需要由鋼板間隙來保證，即確保夾具托塊與壓塊之間的間隙與數(shù)模中此處全部鋼板的厚度和一致，鋼板間隙比此處全部鋼板的厚度和大0.05～0.1 mm。需要對全部夾具進行鋼板間隙檢查，否則無法達到穩(wěn)定性要求[2]。

圖1 夾具鋼板間隙

1.1.3 墊片

所有夾具定位元件的調(diào)整墊片均由5 mm墊塊及2、2、1 mm墊片組成。其中在夾具標定時如需調(diào)整定位元件精度，需將5 mm墊塊更換為相應(yīng)厚度的墊塊，并保持2、2、1 mm的墊片總數(shù)量不變。

1.1.4 U形限位塊

斷掉夾具氣源，用手輕輕搖動夾爪臂，觀察U形限位塊是否單邊磨損，如果磨損會損壞夾具的精度、壽命及穩(wěn)定性，需要進行整改。

1.1.5 定位抓手

將定位抓手放置于夾具上，通氣后夾緊夾具，此時對定位抓手進行精度標定，檢查夾具及定位抓手4個限位塊的標定數(shù)據(jù)，以及所有定位元件的標定數(shù)據(jù)。定位抓手不抓取零件，自由放置于夾具上，檢查4對限位塊是否完全貼合以及鋼板間隙是否合格。定位抓手是保證零件尺寸的重要工裝，需要對其進行全部檢查。

1.2 夾具穩(wěn)定性檢查

夾具需要進行穩(wěn)定性檢查，以保證生產(chǎn)出尺寸穩(wěn)定的零件。

1.2.1 貼合狀態(tài)

使用紅丹粉(四氧化三鉛或紅色氧化鉛)檢查零件與托塊和壓塊的貼合狀態(tài)；檢查零件與零件間的貼合狀態(tài)。確保所有相關(guān)零件及夾具貼合良好，如貼合不良，需要進行調(diào)整。

1.2.2 干涉問題

將零件放置在夾具上，檢查所有零件與夾具是否干涉、夾具與夾具是否干涉。要求零件與夾具部件(包括運動軌跡)的間隙大于3 mm，零件與零件翻邊及料邊無干涉。

1.2.3 裝夾穩(wěn)定性

將零件裝配好，夾具通氣并夾緊。在零件與零件每個方向的配合面至少鉆2個孔，孔徑5 mm，鉆孔后需要鉸孔并打磨孔邊緣毛刺，鉆孔時需避讓焊點。鉆好孔后反復(fù)裝配零件5次，用標準的塞棒檢查每次裝配孔的錯位情況，要求不能大于0.3 mm。

1.2.4 焊接穩(wěn)定性

如果零件裝配穩(wěn)定性良好，最后一次裝夾后對其進行焊接，焊接完成后再用標準的塞棒檢查孔的錯位情況，錯位的部分不能超過0.3 mm。

1.3 滾邊胎穩(wěn)定性檢查

1.3.1 貼合狀態(tài)

調(diào)試方法同夾具穩(wěn)定性檢查一致，這里不再一一贅述。

1.3.2 干涉問題

調(diào)試方法同夾具穩(wěn)定性檢查一致，這里不再一一贅述。

1.3.3 裝夾穩(wěn)定性

將零件裝配好，夾具通氣并夾緊，滾邊胎上內(nèi)、外板零件各粘至少3個測量球作為測量點，并且避讓機器人軌跡及滾邊胎模裝夾部件等。裝配完成后，反復(fù)裝配零件5次，用關(guān)節(jié)臂測量內(nèi)、外板上的測量球，要求每次裝配后單方向的內(nèi)、外板測量球相對移動量小于0.3 mm。

1.3.4 包邊穩(wěn)定性

如果裝夾穩(wěn)定性良好，在最后一次裝夾后，進行包邊，包邊后檢查內(nèi)、外板測量球的移動量，單方向的內(nèi)、外板測量球相對移動量要求小于0.3 mm，如果小球移動超出范圍，則另外裝配一套零件，分步進行包邊，檢查在哪一步包邊零件相對移動較大。

1.4 裝具穩(wěn)定性檢查

1.4.1 裝夾穩(wěn)定性

將同一個分總成反復(fù)在同一個車身上裝配5次，檢查覆蓋件周圍的間隙及面差值，要求波動小于0.3 mm。

1.4.2 鉸鏈裝配穩(wěn)定性

鉸鏈在車身上裝配后，在鉸鏈的周圍刻線。同一個鉸鏈和同一個車身，反復(fù)裝配5次，檢查鉸鏈的位移是否小于0.3 mm。

1.5 產(chǎn)品符合性調(diào)試

當夾具精度和穩(wěn)定性都滿足要求后，需要對產(chǎn)品進行三坐標測量，并針對測量結(jié)果進行夾具調(diào)整，以達到產(chǎn)品尺寸要求。

1.5.1 工序尺寸

連續(xù)測量5套零件，檢查工序定位點處的測量數(shù)據(jù)是否在公差范圍內(nèi)；檢查工序定位點處的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，要求波動小于0.66T。當定位點尺寸及穩(wěn)定性不合格時，需要針對夾具進行工序間檢查及調(diào)整。

1.5.2 功能尺寸

當重要的工序尺寸已經(jīng)合格時，檢查功能尺寸點處的測量數(shù)據(jù)是否在公差范圍內(nèi)，連續(xù)測量5套零件，檢查功能尺寸點處的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，要求波動小于0.66T。當功能尺寸不合格時，確認問題零件位置及工序。

1.5.3 夾具調(diào)整

所有夾具、裝具、包邊胎等的墊片調(diào)整，均需記錄時間、調(diào)整人、調(diào)整原因；夾具調(diào)整單存放位置：書面的記錄單存放至現(xiàn)場夾具旁文件袋中，區(qū)域工程師負責更新電子文檔。

1.6 車身尺寸考核成果

圖2為X156車身三坐標考核分值。SOP后X156車身最低考核分值為1.25，穩(wěn)定于1.4～1.5左右，是某公司車身三坐標考核分值最好、穩(wěn)定性最高的車型。

圖2 X156車身三坐標考核分值

2 機器人滾壓包邊工藝分析

機器人滾壓包邊是指通過機器人控制安裝在其手臂末端的滾邊工具，對板件邊緣進行滾壓，使外板沿內(nèi)板邊緣翻折，實現(xiàn)兩者的裝配。該技術(shù)可以根據(jù)實際生產(chǎn)節(jié)拍需要，靈活選擇工藝方案及加工產(chǎn)品；根據(jù)車型的生命周期，可隨時更換滾邊壓合夾具來實現(xiàn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代[3]。圖3即為滾邊工藝過程。

圖3 滾邊工藝過程

2.1 滾邊尺寸穩(wěn)定性因素

滾邊調(diào)整多數(shù)為工藝質(zhì)量調(diào)整，而非尺寸調(diào)整。滾邊極少出現(xiàn)尺寸波動，若不得不因為尺寸問題調(diào)整滾邊，只能證明工藝和工序不穩(wěn)定，問題極有可能不在滾邊工序，需要排查其他工序。

沖壓內(nèi)外板狀態(tài)將直接影響滾邊質(zhì)量的穩(wěn)定性。對于HOP各總成件，測量基準的尺寸變化會導致所有尺寸的變化。間隙尺寸(包括滾邊尺寸)的變化常常是基準不穩(wěn)定的表征，因此，重點在于：嚴格監(jiān)控沖壓件基準位置的尺寸穩(wěn)定性；優(yōu)化夾具，確保在裝焊工序范圍內(nèi)，基準的尺寸可控。

只有設(shè)備運轉(zhuǎn)穩(wěn)定、滾輪位置及角度正常、機器人程序編寫規(guī)整，滾邊尺寸才能保持穩(wěn)定，如果因程序或設(shè)備問題造成滾輪的非正常損耗，滾邊質(zhì)量將存在重大隱患。

因此尺寸組需監(jiān)控滾邊法蘭面外觀質(zhì)量、合邊厚度、法蘭邊長度等常規(guī)質(zhì)量項，這些質(zhì)量項的波動與否反映著沖壓件與設(shè)備運轉(zhuǎn)是否正常。

2.1.1 滾邊程序的基本要求

SOP時，滾邊程序必須滿足下列要求：程序中不得出現(xiàn)Cirl語句；一條程序中只允許有一個Offset；一條程序只允許有一個TCP；在滾邊胎不上件的情況下運行滾邊程序，在程序的每一個單步位置，滾輪必須可以轉(zhuǎn)動，否則視為壓力過大。

SOP后，滾邊程序的調(diào)整要求如下：如無特殊質(zhì)量需求，不得增加Hemming Offset；如非緊急停線調(diào)整，每次調(diào)整均需備份程序；每月一次，備份所有區(qū)域的滾邊程序至專用U盤。

2.1.2 滾邊尺寸的監(jiān)控

三坐標監(jiān)控重要滾邊尺寸如圖4所示。

圖4 三坐標重要監(jiān)控尺寸

工裝組藍領(lǐng)定期抽檢滾邊尺寸，如圖5所示，目視檢查法蘭面是否有劃痕，用檢具檢測滾邊厚度，用卡尺檢測合邊法蘭長度。

圖5 滾邊尺寸檢具

2.2 滾輪的工作狀態(tài)

2.2.1 TCP的選取要求

如圖6所示，正確的TCP位置選取在滾輪截面中部，保證調(diào)整時TCP與沖壓外板接觸。

圖6 正確的TCP位置

錯誤的TCP位置有兩種情況。

第一種情況為TCP靠近滾輪后角，如圖7所示。這種情況下，滾輪與工件為點接觸，若工件為較軟的鋁件，將發(fā)生塑性變形，導致自動狀態(tài)下，滾輪軌跡發(fā)生偏移，滾邊結(jié)束后合邊表面出現(xiàn)曲線狀溝痕。

圖7 TCP靠近滾輪后角

第二種情況為TCP靠近滾輪前角，如圖8所示。這種情況下，滾輪軌跡穩(wěn)定，但前角會與法蘭面接觸，若工件為較軟的鋁件，同樣會造成滾邊表面的溝痕。

圖8 TCP靠近滾輪前角

2.2.2 預(yù)滾邊

預(yù)滾邊(90°～135°)工序正常工作狀態(tài)如圖9所示，正常狀態(tài)下，兩次滾壓步驟平均分配受力夾角，可保證耗材的正常使用壽命。

圖9 預(yù)滾邊工序

正常工作狀態(tài)下如果沖壓件法蘭邊翹曲，會導致滾輪過量磨損，具體如圖10所示。

圖10 法蘭邊翹曲導致滾輪磨損

預(yù)滾邊工序失效會導致滾輪磨損嚴重，滾邊內(nèi)表面出現(xiàn)壓痕。預(yù)滾邊工序失效的狀態(tài)如圖11所示，預(yù)滾邊失效，直接進入第二步。零件邊緣劇烈刮蹭滾輪，導致滾輪磨損、法蘭邊表面質(zhì)量變差。

圖11 預(yù)滾邊失效

2.2.3 滾輪壓力

一般情況下，選擇60°～90°這一道滾邊進行間隙尺寸的調(diào)整。但調(diào)整時一定注意避免滾輪壓力過大或過小，否則會造成質(zhì)量問題。

如圖12所示，如果滾輪壓力過大會導致外板邊緣變形、過于鋒利、表面質(zhì)量不合格、滾邊胎和滾輪受力過大，影響使用壽命；如果滾輪壓力過小會導致滾邊失敗、法蘭邊外翻、總成報廢。

圖12 滾邊壓力正常、過大、過小

2.2.4 滾輪姿態(tài)

滾輪端面與外板修邊的距離應(yīng)為1 mm左右，圖13為正確的滾輪Y向位置。如圖14所示，如果滾輪向Y-方向偏移會導致滾輪表面粘膠；如圖15所示，如果滾輪向Y+方向偏移會導致法蘭邊表面出現(xiàn)壓痕(壓力大)或者滾邊表面出現(xiàn)波浪(壓力小)。

圖13 正確的滾輪Y向位置

圖14 滾輪向Y-方向偏移

圖15 滾輪向Y+方向偏移

正確的滾邊角度為滾輪與滾邊胎平行，如圖16所示。

圖16 正確的滾邊角度

錯誤的滾邊角度會導致質(zhì)量問題：如圖17所示，當滾輪向C-方向旋轉(zhuǎn)會導致滾邊截面厚度過大；如圖18所示，當滾輪向C+方向旋轉(zhuǎn)會導致法蘭邊翹起，電泳時內(nèi)外板之間的膠會被電泳液沖出。

圖17 滾輪向C-方向旋轉(zhuǎn)

圖18 滾輪向C+方向旋轉(zhuǎn)

2.2.5 滾邊尺寸調(diào)整方法

通過滾邊調(diào)整尺寸的調(diào)整量有限，0.5 mm以上的偏差需通過其他調(diào)整或優(yōu)化沖壓件解決，否則會造成其他質(zhì)量問題。

正向調(diào)整如圖19所示，可以放大滾邊尺寸。

圖19 正向調(diào)整

負向調(diào)整如圖20所示，可以縮小滾邊尺寸。

圖20 負向調(diào)整

3 結(jié)論

夾具驗收和現(xiàn)場調(diào)試的有效性是保證工裝精度及穩(wěn)定性的重要工作，通過文中論述的方法可以保證夾具的功能，生產(chǎn)出符合質(zhì)量要求的車身零件，避免方法上錯誤引起的調(diào)試難度和效率低下。滾壓包邊工藝的正確實施及良好調(diào)試可以達到覆蓋件的尺寸需求，通過論述的工藝要求和調(diào)試方法，可應(yīng)用于不同車型，解決實際生產(chǎn)中的滾邊調(diào)試問題，具有重要的實用價值。