一種緊湊型主預(yù)壓一體式包邊機(jī)

陳天才 韋侯念 孫雷

【摘 要】文章介紹一種緊湊型主預(yù)壓一體式包邊機(jī)，重點(diǎn)介紹了機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作過程、包邊力學(xué)模型、電機(jī)的選型、包邊力影響因子及與包邊質(zhì)量的關(guān)系。該包邊機(jī)通過滑移機(jī)構(gòu)及多級(jí)增力連桿的應(yīng)用，解決了狹小內(nèi)窗框桌式包邊無法實(shí)現(xiàn)的問題，有效提升汽車門蓋包邊品質(zhì)及防銹能力。利用伺服動(dòng)力，解決了液壓漏油的環(huán)境問題和液壓動(dòng)力不穩(wěn)定問題，提升了包邊質(zhì)量，為桌式包邊機(jī)的應(yīng)用推廣提供了新的解決方案。

【關(guān)鍵詞】桌式包邊;主預(yù)壓一體包邊;窗框包邊

【中圖分類號(hào)】U468.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）06-0066-03

1 背景

隨著汽車保有量的增加及經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的復(fù)雜化，汽車市場(chǎng)開始縮小，汽車高速增長(zhǎng)的黃金十年結(jié)束，汽車行業(yè)進(jìn)入下行通道，搶占潛在客戶十分迫切，競(jìng)爭(zhēng)壓力凸顯。為滿足客戶的個(gè)性化需求，超越客戶期望，汽車廠家必須從內(nèi)到外提升品質(zhì)，汽車外觀作為吸引客戶的重要因素，汽車外觀品質(zhì)提升更為重要。

汽車車門（四門兩蓋）總覆蓋面積占整個(gè)車身外觀的60%以上，是最主要的覆蓋件，通常汽車所有的門蓋都是需要包邊的，以兼顧美觀和結(jié)合強(qiáng)化。因此，門蓋包邊是車身制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包邊質(zhì)量既關(guān)系整車質(zhì)量，又直接影響車身外觀品質(zhì)。所以，在汽車制造過程中，控制門蓋包邊質(zhì)量，不制造缺陷，不傳遞缺陷，不放過缺陷，確保包邊品質(zhì)，對(duì)整車品質(zhì)提升十分重要。為提高整車的美觀性及減少窗框生銹風(fēng)險(xiǎn)，除了門蓋外輪廓包邊外，還提出了內(nèi)窗框包邊的要求。

汽車包邊是指通過折邊車門外板，將車門外板和內(nèi)板焊合在一起的過程。折邊前的外板沖壓折邊角度以90°～105°為佳，在外板和內(nèi)板貼合面必須涂折邊膠。折邊過程通常分為兩道：預(yù)壓和主壓。預(yù)壓將外板折邊壓到45°，主壓將外板45°折邊壓到0°，完成包邊過程。

目前，主流車企所采用的典型包邊技術(shù)包括壓機(jī)包邊、桌式包邊和機(jī)器人滾邊3種。壓機(jī)包邊具有高節(jié)拍優(yōu)勢(shì);機(jī)器人滾邊具有柔性互通、后續(xù)投入成本低、均攤單車型占地空間小等優(yōu)勢(shì);桌式包邊機(jī)具有質(zhì)量可靠、產(chǎn)能高效、前期投入成本低、后期維修保養(yǎng)便捷、易于和門蓋焊裝成線生產(chǎn)的特點(diǎn)，更符合本公司的制造定位策略。基于桌式包邊設(shè)備理念，本文介紹一種全新門蓋包邊機(jī)構(gòu)，旨在實(shí)現(xiàn)狹小空間的內(nèi)窗框多條邊的包邊。

2 普通包邊裝置

圖1所示為桌式包邊的普通的主預(yù)包裝置結(jié)構(gòu)。

此聯(lián)動(dòng)裝置的主預(yù)包由同一個(gè)驅(qū)動(dòng)元件推動(dòng)，在主包機(jī)構(gòu)下壓過程中，通過主預(yù)包聯(lián)動(dòng)桿推動(dòng)預(yù)包機(jī)構(gòu)完成預(yù)包并撤出，主包機(jī)構(gòu)繼續(xù)下壓完成主包動(dòng)作，在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)完成主預(yù)包動(dòng)作。但此機(jī)構(gòu)復(fù)雜，雖然動(dòng)作一步完成，但是預(yù)壓刀、預(yù)壓刀架、主壓刀、主要刀架不能共用，結(jié)構(gòu)龐大，無法實(shí)現(xiàn)窗框狹小空間的包邊，采用液壓，動(dòng)力穩(wěn)定性差，漏液會(huì)污染環(huán)境。

3 緊湊型主預(yù)壓一體式包邊機(jī)

3.1 機(jī)構(gòu)特點(diǎn)

利用普通包邊機(jī)構(gòu)進(jìn)行窗框包邊，主要面臨2個(gè)方面的問題：①壓刀空間不夠，無法進(jìn)行包邊;②機(jī)構(gòu)布局空間不夠，無法進(jìn)行多條窗框同時(shí)包邊。

為了解決問題①，我們需要設(shè)計(jì)一種水平安裝、水平移動(dòng)且不用切換的主預(yù)壓刀合體的壓刀機(jī)構(gòu)，可以在有限的窗框?qū)к壙臻g內(nèi)實(shí)現(xiàn)包邊，具體如圖2所示。

為了解決問題②，需要將窗口的主體機(jī)構(gòu)引出布在窗框外側(cè)，僅壓刀及刀架部分布在窗框內(nèi)側(cè)，并利用滑移機(jī)構(gòu)推進(jìn)推出，具體如圖3所示。

最終，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種緊湊型主預(yù)壓一體式窗框包邊機(jī)構(gòu)（如圖4所示），能實(shí)現(xiàn)狹小窗框內(nèi)的多條邊同時(shí)包邊。其工作過程如下。

（1）車門零件輸送到位，并完成夾緊定位，中部滑移氣缸14推動(dòng)主體機(jī)構(gòu)到主包位置，然后前主預(yù)壓切換限位機(jī)構(gòu)13切換到預(yù)包狀態(tài)，中部滑移氣缸推動(dòng)主體機(jī)構(gòu)到預(yù)包位置，然后后主預(yù)壓切換限位機(jī)構(gòu)10切換到預(yù)包狀態(tài)，鎖死主體機(jī)構(gòu)，防止在預(yù)包時(shí)，主體機(jī)構(gòu)受水平分力而滑動(dòng)，影響包邊質(zhì)量的穩(wěn)定性。

（2）伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)，將輸出扭矩轉(zhuǎn)化成前后方向的推力，帶動(dòng)連桿二與連桿三轉(zhuǎn)動(dòng)。

（3）同時(shí)推動(dòng)連桿五與連桿一圍繞其固定支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過連桿三與連桿二組成的增力鉸鏈完成力的放大效果，當(dāng)連桿二和連桿三夾角達(dá)到170°，增力可以放大11倍，當(dāng)連桿二和連桿三的夾角接近于180°時(shí)，理論上增力可以無限大。

（4）刀架和壓刀在連桿一和連桿五的帶動(dòng)下，往下向后（電機(jī)位置為后）做平行四邊形運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)外板翻邊的45°預(yù)壓。

（5）當(dāng)預(yù)包邊完成后，電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，壓刀完成打開。

（6）后主預(yù)壓切換限位機(jī)構(gòu)10切換到主壓狀態(tài)，中部滑移氣缸14拉動(dòng)整個(gè)主預(yù)包主體機(jī)構(gòu)到主包位置，前主預(yù)壓切換限位機(jī)構(gòu)13切換到初始狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)構(gòu)后退9 mm，電機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)，所有連桿座預(yù)壓步驟時(shí)同樣的運(yùn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)主壓面貼合零件，實(shí)現(xiàn)0°包邊。

（7）重復(fù)步驟5工作，壓刀完成打開。

（8）中部滑移氣缸14拉動(dòng)整個(gè)主預(yù)包主體機(jī)構(gòu)回到初始避讓位置，打開整個(gè)定位夾緊機(jī)構(gòu)，車門包邊總成升起并輸送到包邊設(shè)備外，完成一個(gè)循環(huán)。

3.2 動(dòng)力電機(jī)選型

圖5為緊湊型主預(yù)壓一體式包邊機(jī)簡(jiǎn)化力學(xué)模型圖，其中F 1為滾珠絲杠推力，F(xiàn) 5為主壓力，F(xiàn) 6為預(yù)壓力，其中角度β=2α，因此：

F 5=F 6

為了確保包邊質(zhì)量，通常要求單位長(zhǎng)度包邊力不得小于一個(gè)極限值，假設(shè)這個(gè)極限值為Q，包邊長(zhǎng)度為L(zhǎng)，因此：

F 5/L≥Q

F 5=F 4×COSα

F 4×Lde=F 2×LCD

由于F 1的方向?yàn)镕 2和F 3的角平分線方向，因此：

F 2=F 3

F 1/2=F 2·COS（γ/2）

綜上，F(xiàn) 1≥[2×Q×L×Lde COS（γ/2）]/（COSα×LCD）

假設(shè)電機(jī)額定功率為P，電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩為T，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為W，減速機(jī)傳動(dòng)比為i，傳動(dòng)效率為η1，滾珠絲杠導(dǎo)程為ρ，滾珠絲杠傳動(dòng)效率為η2，電機(jī)有效輸送功率為P’，滾珠絲杠轉(zhuǎn)速為W’，則：

P=T×W

W’=W/i

P’=P×η1×η2=T×W×η1×η2=F 1×W/i/（2π）×ρ

綜上，最終得出如下電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的需求公式：

T≥（2×Q×L×Lde×COS（γ/2）×ρ）/（COSα×LCD×i×2π×η1×η2）

3.3 包邊力FL影響因子及與包邊質(zhì)量的關(guān)系

包邊力F L的大小直接影響包邊質(zhì)量，其與各個(gè)參數(shù)的公式關(guān)系如下：

F L=T×（COSα×LCD×i×2π×η1×η2）/（2×L×Lde×COS（γ/2）×ρ）

由公式可知，包邊力的大小與T、η1、η2、LCD成正比關(guān)系，與α的余弦函數(shù)成正比關(guān)系，與L、Lde、ρ成反比關(guān)系，與γ的余弦函數(shù)成反比關(guān)系。

在綜合成本和通用性，T、i、η1、η2、ρ參數(shù)可選性變化有限，同時(shí)這些參數(shù)成反比和正比函數(shù)，反比函數(shù)參數(shù)值變化區(qū)間非在靠近零位附近，對(duì)包邊力F L影響小。

由于空間有限，LCD、Lde變化有限，因此對(duì)包邊力F L影響小。L由產(chǎn)品結(jié)構(gòu)決定，是非可選參數(shù)。

α決定了F 4對(duì)主壓力和預(yù)壓力的大小，同時(shí)也決定了在提供主壓力和預(yù)壓力的同時(shí)，垂直坐標(biāo)系分力的大小，分力決定了包邊輪廓卷入卷出量，為了得到較好的包邊質(zhì)量，主預(yù)壓效果好，通常β=2α，F(xiàn) 4在主壓力F 5和預(yù)壓力F 6的角平分線上。

理論上，γ可以設(shè)計(jì)到接近180°，當(dāng)γ接近180°時(shí)，COS（γ/2）趨近于0，其反比無限大，為了防過死點(diǎn)和壓力過大，將包邊圓角壓變形，通常將γ設(shè)計(jì)到170°，并做限位，可以將包邊力放大約11倍，此角度有利于包邊質(zhì)量穩(wěn)定。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)在產(chǎn)車型多個(gè)側(cè)門窗框包邊的多套機(jī)構(gòu)同步運(yùn)行驗(yàn)證，效果表現(xiàn)均較好。驗(yàn)證數(shù)據(jù)及結(jié)果如下。

驗(yàn)證周期：兩年（每個(gè)月有效運(yùn)行天數(shù)21.75 d;每天有效運(yùn)行時(shí)間21.5 h），踢出年法定節(jié)假日10 d;每小時(shí)生產(chǎn)臺(tái)量：60臺(tái)。

總產(chǎn)量：60×（21.75×24-10×2）×21.5=647 580（臺(tái)）

經(jīng)過60多萬臺(tái)車實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，所有驗(yàn)證機(jī)構(gòu)（共計(jì)12臺(tái)）運(yùn)行穩(wěn)定，無4 h以上的停線故障，達(dá)到了普通包邊機(jī)構(gòu)的運(yùn)行效果，運(yùn)行效率大于95%。得到使用車間的和維修伙伴的一致好評(píng)。

5 結(jié)語

該機(jī)構(gòu)解決了普通機(jī)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)窗框狹小空間內(nèi)多面包邊的問題，經(jīng)過2年多時(shí)間多個(gè)項(xiàng)目的生產(chǎn)運(yùn)行驗(yàn)證，窗框包邊質(zhì)量良好，未發(fā)現(xiàn)窗框包邊生銹問題，對(duì)整個(gè)門蓋品質(zhì)提升有一定的促進(jìn)作用。該機(jī)構(gòu)尤為適合窗框多條邊同步包邊、水切窗臺(tái)包邊等空間狹小位置，運(yùn)行節(jié)拍較高，配合普通包邊機(jī)構(gòu)，可以滿足所有門蓋的包邊需求，推廣意義大。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]農(nóng)明滿.四桿機(jī)構(gòu)在車門包邊上的應(yīng)用[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2017（2）.

[2]楊磊.一種主預(yù)包聯(lián)動(dòng)包邊機(jī)構(gòu)[J].機(jī)械工程師，2015（2）.

[3]程楠.基于CN100車型臺(tái)式包邊機(jī)的設(shè)計(jì)[J].汽車工藝與材料，2012（10）.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]