一種新型主預(yù)包聯(lián)動(dòng)包邊機(jī)構(gòu)

程楠， 潘啟斯， 楊磊， 陳天才

（上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西柳州545007）

0 引言

目前在汽車門蓋包邊工藝方面主要有以下幾種形式：壓力機(jī)式包邊模包邊、桌式包邊機(jī)包邊、機(jī)器人包邊。壓力機(jī)式包邊模包邊、桌式包邊機(jī)都是采用包邊機(jī)構(gòu)對車門進(jìn)行包邊，這也是汽車行業(yè)門蓋包邊領(lǐng)域最常用的包邊形式。

1 技術(shù)背景

圖11.主包機(jī)構(gòu)2.預(yù)包機(jī)構(gòu)

在桌式包邊機(jī)中包邊機(jī)構(gòu)又有兩種形式：杠桿機(jī)構(gòu)和四桿機(jī)構(gòu)。一般平直邊采用杠桿機(jī)構(gòu)（如圖1），但對于輪廓高低起伏、前后錯(cuò)置的門蓋零件來說，若仍采用杠桿機(jī)構(gòu)就無法保證翻邊上的各點(diǎn)均獲得最佳的包邊壓入角；此時(shí)，采用四桿機(jī)構(gòu)可較好地解決問題（如圖2）。

圖21.主包機(jī)構(gòu)2.預(yù)包機(jī)構(gòu)

1.1 主預(yù)包獨(dú)立機(jī)構(gòu)

目前在桌式包邊機(jī)上，主預(yù)包機(jī)構(gòu)有以下3種形式：

主、預(yù)包機(jī)構(gòu)彼此獨(dú)立、互不關(guān)聯(lián)，分別完成主、預(yù)包邊工序（如圖1、圖2）。預(yù)包、主包機(jī)構(gòu)分別獨(dú)立布置，具有可根據(jù)零件形狀靈活的利用杠桿或四桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)也很明顯：1）兩個(gè)機(jī)構(gòu)布置緊密，占用空間大、安裝、維修不便；2）由于主、預(yù)包機(jī)構(gòu)分別獨(dú)立，采購元件需求量大，成本相對較高；3）預(yù)包機(jī)構(gòu)動(dòng)作完成后，主包機(jī)構(gòu)才能開始動(dòng)作，這樣無疑使包邊周期較長，生產(chǎn)節(jié)拍較慢。

1.2 主預(yù)包聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)

主、預(yù)包機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)是指主、預(yù)包機(jī)構(gòu)共用同一個(gè)動(dòng)力源，在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)完成主、預(yù)包兩個(gè)工序（如圖3）。已有的主、預(yù)包聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)有以下兩種形式：一種是在進(jìn)行主包的同時(shí)通過杠桿機(jī)構(gòu)完成預(yù)包，從而實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力源的一次循環(huán)，完成主、預(yù)包的全部工作。顯然，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)只用一個(gè)動(dòng)力源，且一次循環(huán)便完成了全部工序，無論是空間布置，還是動(dòng)力系統(tǒng)都得以簡化，成本也大幅度降低。但不足之處是該預(yù)包采用的是杠桿機(jī)構(gòu)，預(yù)包切入力方向就無法實(shí)現(xiàn)各點(diǎn)都滿足最佳切入角的要求，無法保證包邊質(zhì)量。

圖31.主包機(jī)構(gòu)2.預(yù)包機(jī)構(gòu)

另一種是在進(jìn)行主包的同時(shí)通過連桿鉸鏈?zhǔn)铰?lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)完成預(yù)包，也實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力源的一次循環(huán)，完成主、預(yù)包的全部工作，其結(jié)構(gòu)見圖4。該機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)部分由于采用的是連桿，使得整個(gè)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸關(guān)系非常復(fù)雜，使主、預(yù)包壓刀在聯(lián)動(dòng)的過程中避讓設(shè)計(jì)難度很大；為了找到合理的運(yùn)動(dòng)軌跡，需要不斷地改變各組件的尺寸，使得設(shè)計(jì)周期變得很長。

圖41.主包機(jī)構(gòu)2.預(yù)包機(jī)構(gòu)

2 新型聯(lián)動(dòng)包邊機(jī)構(gòu)

為充分利用主、預(yù)包聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)越性，采用凸輪和滾子聯(lián)動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)主、預(yù)包的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，這樣既能滿足復(fù)雜車門輪廓上的各點(diǎn)均能獲得較為理想的切入角，又可避免連桿與四桿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的復(fù)雜尺寸關(guān)系和設(shè)計(jì)周期過長等不足。

2.1 車門包邊原理

在汽車制造過程中，需要將汽車五門一蓋的內(nèi)、外板零件進(jìn)行包邊。所謂包邊是指先將內(nèi)板和外板按一定位置關(guān)系疊放并固定，然后將外板沿四周折邊把內(nèi)板包住，使之成為一個(gè)整體，以達(dá)到提高門蓋的強(qiáng)度和剛度的目的，其工序見圖5。

圖5 包邊工序

2.2 新機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

主、預(yù)包聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用凸輪和滾子，使得機(jī)構(gòu)更加緊湊，其具體結(jié)構(gòu)受空間限制也更加明顯。凸輪和滾子的運(yùn)動(dòng)軌跡決定著主、預(yù)包機(jī)構(gòu)的包邊效果，為了獲得理想的運(yùn)動(dòng)軌跡，設(shè)計(jì)時(shí)需要借助三維設(shè)計(jì)軟件對整個(gè)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，以確定機(jī)構(gòu)中各個(gè)部分的具體尺寸，其結(jié)構(gòu)見圖6和圖7。

圖6 結(jié)構(gòu)圖

圖7 凸輪和滾子1.滾子2．滾子座3．凸輪4．凸輪座

該主、預(yù)包聯(lián)動(dòng)包邊機(jī)構(gòu)，其包括主包機(jī)構(gòu)和預(yù)包機(jī)構(gòu)，主包機(jī)構(gòu)包括依次連接的動(dòng)力源6、主包四桿機(jī)構(gòu)2、主包刀架和主包刀1；預(yù)包機(jī)構(gòu)包括依次連接的回位彈簧5、預(yù)包四桿機(jī)構(gòu)8、預(yù)包刀架和預(yù)包刀9；所述主包機(jī)構(gòu)和預(yù)包機(jī)構(gòu)之間由滾子3和凸輪4聯(lián)動(dòng)，共用動(dòng)力源6和支座7。

該機(jī)構(gòu)的凸輪座4設(shè)置在圖6主包四桿機(jī)構(gòu)2上，凸輪3設(shè)置在凸輪座4上；滾子座2設(shè)置在圖6預(yù)包刀架9上，滾子1設(shè)置在滾子座2上。

2.3 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1）主、預(yù)包機(jī)構(gòu)均是四桿機(jī)構(gòu)，對于高低起伏、前后錯(cuò)置的門蓋總成輪廓來說，能滿足復(fù)雜邊的壓入角度一致，確保了任何點(diǎn)的包邊質(zhì)量。

2）主、預(yù)包機(jī)構(gòu)通過凸輪和滾子實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，共用一個(gè)動(dòng)力源，結(jié)構(gòu)緊湊、降低制造和采購成本。

3）預(yù)包機(jī)構(gòu)在拉簧和凸輪的共同作用下實(shí)現(xiàn)回位，在主包機(jī)構(gòu)的一個(gè)下壓運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)預(yù)包機(jī)構(gòu)下壓兩次。

4）凸輪、滾子聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使機(jī)構(gòu)更加簡化，進(jìn)一步緩解了空間狹小的限制，并且使機(jī)構(gòu)組件之間相互關(guān)聯(lián)的尺寸關(guān)系得以簡化，有效縮短了設(shè)計(jì)開發(fā)周期。

2.4 運(yùn)動(dòng)順序（圖8）

圖8 運(yùn)動(dòng)順序圖

該機(jī)構(gòu)工作的5個(gè)狀態(tài)見圖8，狀態(tài)Ⅰ為主預(yù)包均打開的狀態(tài)，此狀態(tài)下把已包好的零件取走，把被包邊的零件放進(jìn)來；然后包邊開始，動(dòng)力源活塞上升推動(dòng)主包壓刀下壓，此時(shí)主包刀架上的凸輪推動(dòng)預(yù)包刀架上的滾子，使得主包壓刀下壓的同時(shí)預(yù)包壓刀也向下運(yùn)動(dòng)，如狀態(tài)Ⅱ。在主包壓刀下壓的過程中，預(yù)包壓刀完成預(yù)包，如狀態(tài)Ⅲ。預(yù)包工序完成后，主包刀繼續(xù)下壓，此時(shí)預(yù)包刀和刀架在拉伸彈簧、滾子和凸輪的共同作用下迅速回位，避讓開下壓的主包刀，如狀態(tài)Ⅳ。主包刀繼續(xù)下壓，當(dāng)動(dòng)力源活塞上升到最大工作行程時(shí)，主包刀壓緊零件并完成主包工序，如狀態(tài)Ⅴ。接下來動(dòng)力源活塞下降并帶動(dòng)主預(yù)包機(jī)構(gòu)作逆向運(yùn)動(dòng)Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ，當(dāng)逆向至狀態(tài)Ⅲ時(shí)，由于此時(shí)對零件的包邊工序已全部完成，預(yù)包刀不會(huì)與零件接觸。機(jī)構(gòu)最終到回到狀態(tài)Ⅰ,從而完成整個(gè)包邊過程。其俯視圖見圖9。

3 結(jié)語

對于造型、輪廓線越來越復(fù)雜的汽車門蓋零件而言，確保其翻邊上的任何點(diǎn)都能夠獲得最佳的切入角非常困難，本機(jī)構(gòu)利用四桿機(jī)構(gòu)解決這一難題，并且主、預(yù)包機(jī)構(gòu)通過凸輪和滾子實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，共用一個(gè)動(dòng)力源，有效降低了設(shè)備制造和采購成本；該機(jī)構(gòu)采用凸輪和滾子作為連接副，使機(jī)構(gòu)間相互關(guān)聯(lián)的尺寸關(guān)系得以簡化，大幅縮短了設(shè)備的開發(fā)設(shè)計(jì)周期；其結(jié)構(gòu)簡化，使得相鄰機(jī)構(gòu)的空間得以增大，便于維修。

圖9 俯視圖

［1］ 孫大涌．先進(jìn)制造技術(shù)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

［2］ 崔令江．汽車覆蓋件沖壓成形技術(shù)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［3］ 林瓊，宮正軍.汽車覆蓋件包邊機(jī)及油壓機(jī)上壓合模的研究［J］．汽車工藝與材料，2010（12）：55-60.