汽車螺紋聯(lián)接柔性裝配系統(tǒng)的研究及分析

湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉曉潔 別玉娟

1 前言

在汽車的裝配制造工業(yè)領(lǐng)域中，螺紋聯(lián)接成為了汽車整車與零部件裝配過程中的重要連接模式，其對于標(biāo)準(zhǔn)化的要求十分高。同時(shí)金屬加工領(lǐng)域以及機(jī)械生產(chǎn)制造領(lǐng)域?qū)τ诼菁y聯(lián)接的應(yīng)用也比較普遍，比如航空航天、軍事機(jī)械裝備、核電機(jī)械裝配等領(lǐng)域都普遍應(yīng)用螺紋聯(lián)接工藝裝配。螺紋聯(lián)接工藝裝配在汽車的制造中能夠發(fā)揮固定、連接以及定位等多種作用。對此，螺紋聯(lián)接已經(jīng)成為了汽車裝配制造技術(shù)中關(guān)鍵的裝配方法。另外螺紋聯(lián)接工藝裝配的精度和可靠性等與汽車安全運(yùn)行有著密切關(guān)系，其嚴(yán)重影響著汽車在行駛過程中的安全性，甚至還會威脅到駕駛和乘坐人員的生命安全。

2 多螺紋聯(lián)接裝配時(shí)的動態(tài)解耦協(xié)調(diào)控制

2.1 協(xié)調(diào)裝配時(shí)的動態(tài)偏差解耦

現(xiàn)階段，國內(nèi)外多螺紋聯(lián)接的工藝裝配系統(tǒng)在進(jìn)行裝配時(shí)的協(xié)調(diào)控制一般要對單個(gè)的螺紋聯(lián)接工藝裝配過程實(shí)現(xiàn)控制，并且利用等比例階梯模式進(jìn)行同步協(xié)調(diào)控制的對策，制定多個(gè)靜態(tài)的同步點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。雖然此種非藕合的同步協(xié)調(diào)控制方法相對簡單，比較容易完成，可是因?yàn)閼?yīng)用的為開環(huán)控制，所有的裝配擰緊軸間又是不可見的，如果螺紋聯(lián)接工藝裝配過程中擰緊軸發(fā)生了干擾，就會造成整體裝配出現(xiàn)相對較大的離散性，甚至降低裝配的精度與安全性[1]。對此，應(yīng)該要設(shè)計(jì)一項(xiàng)協(xié)調(diào)控制結(jié)構(gòu)與對策，從而專門針對各個(gè)螺栓聯(lián)接的工藝裝配過程進(jìn)行動態(tài)協(xié)調(diào)控制。一般情況下，多個(gè)電機(jī)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，比如數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人等，主要應(yīng)用兩種交叉耦合的補(bǔ)償協(xié)調(diào)控制模式，如圖1所示。

圖1 交叉耦合的補(bǔ)償協(xié)調(diào)控制示意圖

2.2 并行分布補(bǔ)償?shù)膮f(xié)調(diào)裝配控制方式

雖然在工藝裝配控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中要盡可能滿足多種工藝裝配的控制環(huán)境，但對汽車裝配施工現(xiàn)場角度而言，需在盡量滿足汽車裝配工藝以及控制性能的基礎(chǔ)上，也要對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)盡可能地簡化，以便對控制系統(tǒng)進(jìn)行操控。通常狀況下，各個(gè)螺栓聯(lián)接裝配工藝擰緊軸的相關(guān)結(jié)構(gòu)與響應(yīng)性能基本一致，依據(jù)螺紋聯(lián)接的柔性裝配系統(tǒng)自身特點(diǎn)，在綜合考慮多電機(jī)交叉耦合的協(xié)調(diào)控制結(jié)構(gòu)前提下，應(yīng)用動態(tài)的解耦協(xié)調(diào)工藝裝配流程，設(shè)計(jì)出一項(xiàng)動態(tài)偏差解耦方式的多螺紋聯(lián)接裝配的科學(xué)協(xié)調(diào)控制結(jié)構(gòu)以及模糊并行的分布補(bǔ)償控制手段。

3 多螺栓組合模式柔性裝配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)用

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

現(xiàn)代汽車生產(chǎn)制造裝配流程中，螺紋聯(lián)接的裝配對象種類比較多，而且對于裝配系統(tǒng)相關(guān)功能和結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)工藝等有著不同的要求，從而導(dǎo)致螺紋聯(lián)接的柔性裝配系統(tǒng)擁有多種類型結(jié)構(gòu)。一般是多螺栓組合模式的柔性裝配系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其通常要依據(jù)汽車的工藝裝配流水線、汽車螺紋聯(lián)接工藝裝配特點(diǎn)、裝配工藝具體確定其設(shè)計(jì)的相關(guān)結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)的功能。另外，裝配擰緊軸的總成以及其他相關(guān)輔助結(jié)構(gòu)模塊等方面可以直接或是間接的固定于作為支撐的固定系統(tǒng)中，若是許多個(gè)裝配擰緊軸的總成需要同步裝配，其不但可以發(fā)揮定位的作用，還能夠承擔(dān)螺紋聯(lián)接部件在被擰緊的過程中形成的反作用力矩，從而保證螺紋聯(lián)接部件與擰緊操作的物體可以相對靜止[2]。同時(shí)輔助相關(guān)機(jī)構(gòu)能夠嚴(yán)格依據(jù)裝配工藝相關(guān)需求，自動合理地改變裝配擰緊軸的對應(yīng)分布尺寸，從而保證裝配系統(tǒng)可以具備良好的柔性，滿足裝配線中對于各種結(jié)構(gòu)柔性的相關(guān)裝配要求。

3.2 多螺栓組合模式的協(xié)調(diào)控制裝配運(yùn)用

首先是汽車U型螺栓組合模式的裝配工藝。在進(jìn)行汽車螺紋聯(lián)接的工藝裝配時(shí)，我國前后橋U型的螺紋聯(lián)接工藝裝配主要利用擰緊扭矩控制與轉(zhuǎn)角位置有效監(jiān)測的技術(shù)手段，而組合方式裝配能夠在分裝生產(chǎn)線中實(shí)現(xiàn)，還能夠在總線生產(chǎn)線隨意裝配實(shí)現(xiàn)。對于車橋的總成分裝工位而言，應(yīng)用懸臂吊裝結(jié)構(gòu)以及啟動升降方式對前后橋U型螺栓聯(lián)接完成裝配控制。其次，U型螺栓組合模式的裝配結(jié)果分析。通過對后橋U型螺栓組合方式的裝配運(yùn)用進(jìn)行分析，其分別應(yīng)用普通的等比例階梯模式同步協(xié)調(diào)控制裝配方法與動態(tài)偏差解耦的并行分布補(bǔ)償協(xié)調(diào)的工藝裝配控制模式，實(shí)現(xiàn)多螺紋合理協(xié)調(diào)裝配控制項(xiàng)目的運(yùn)用。

4 結(jié)束語

綜上所述，螺紋聯(lián)接的柔性裝配系統(tǒng)一定要具備比較先進(jìn)的裝配技術(shù)與控制結(jié)構(gòu)，從而完成汽車整車與零部件中螺紋聯(lián)接高精度與自動化裝配要求。目前，螺紋聯(lián)接的柔性裝配系統(tǒng)主要是運(yùn)用機(jī)械傳動、智能控制以及網(wǎng)絡(luò)通信等多種功能的系統(tǒng)，其已經(jīng)成為汽車裝配工藝中實(shí)現(xiàn)自動化的重要設(shè)備，擁有良好的發(fā)展與應(yīng)用前景。

[1]王春華,朱林劍,孫守林等.基于工控機(jī)的多工位電動螺栓擰緊機(jī)控制系統(tǒng)的研制 [J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù),2013,(2):58-59.

[2]范云生,郭晨,王國峰.基于智能控制的差速器軸承預(yù)緊測量[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2012,18(6):1223-1229.