一種汽車(chē)滑柱和油箱頸同時(shí)擰緊機(jī)器人設(shè)計(jì)分析

陶小亮，毛艷波

（一汽-大眾汽車(chē)有限公司佛山分公司，廣東 佛山528000）

1 引言

近年來(lái)，汽車(chē)廠商日益重視汽車(chē)制造業(yè)的自動(dòng)擰緊設(shè)備運(yùn)用。在汽車(chē)滑柱自動(dòng)裝配領(lǐng)域里，工業(yè)機(jī)器人能使裝配更加智能化，降低了車(chē)企制造成本，符合當(dāng)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(chǎn)線滑柱和油箱頸自動(dòng)擰緊為例，介紹了擰緊機(jī)器人在裝配線上的應(yīng)用[1]。

2 滑柱擰緊機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)

2.1 滑柱擰緊機(jī)器人簡(jiǎn)介

滑柱擰緊機(jī)器人是自動(dòng)化工程和機(jī)械設(shè)計(jì)工程相融合創(chuàng)新的科技產(chǎn)品，從結(jié)構(gòu)層次上其可以分為負(fù)責(zé)識(shí)別于控制擰緊過(guò)程的識(shí)別控制系統(tǒng)和執(zhí)行擰緊工作的機(jī)械結(jié)構(gòu)。識(shí)別控制系統(tǒng)是滑動(dòng)機(jī)器人的核心部分，其可以分為使用工控機(jī)操作控制的擰緊機(jī)器設(shè)備、基于可編程控制器的電動(dòng)擰緊設(shè)備以及以單片機(jī)作為核心的專用控制系統(tǒng)的設(shè)備。滑柱擰緊機(jī)器人如圖1所示。

自動(dòng)擰緊零部件是擰緊槍和驅(qū)動(dòng)的結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)快速擰緊工作。識(shí)別控制系統(tǒng)能夠根據(jù)流水產(chǎn)線不同型號(hào)車(chē)輛配置，調(diào)用不同擰緊程序，執(zhí)行設(shè)定的指令從而實(shí)現(xiàn)高效工作。

圖1滑柱擰緊機(jī)器人

2.2 滑柱擰緊機(jī)器人的特點(diǎn)

穩(wěn)定性高：滑柱擰緊機(jī)器人是根據(jù)預(yù)先編輯的技術(shù)代碼和設(shè)定好的工作路線進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，因此其可靠性更強(qiáng)。滑柱機(jī)器人在工作過(guò)程中能避免擰緊變形等問(wèn)題，避免了一些不必要的生產(chǎn)狀況，使汽車(chē)的出廠質(zhì)量得到進(jìn)一步的提高[2]。

靈活性強(qiáng)：因?yàn)榱魉€是多車(chē)型混線生產(chǎn)，對(duì)其操作程序的運(yùn)行方式進(jìn)行修改或者重新寫(xiě)入，不同車(chē)型編輯不同程序，將滑柱擰緊機(jī)器人柔性匹配到不同車(chē)型的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)。

功能性多：滑柱擰緊機(jī)器人不僅可以進(jìn)行滑柱擰緊還可以實(shí)現(xiàn)油箱頸擰緊和充電座擰緊。項(xiàng)目能節(jié)省單班次2名操作者，按照大眾公司15萬(wàn)元/（年·人）的成本核算，雙班制生產(chǎn)線一年可節(jié)省60萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)型極佳。縱觀國(guó)企其他廠商，同時(shí)對(duì)標(biāo)一汽-大眾其他工廠和上汽大眾工廠滑柱擰緊狀態(tài)，滑柱擰緊疊加油箱頸擰緊結(jié)合，目前在國(guó)內(nèi)也是首創(chuàng)。此外，當(dāng)車(chē)間具有足夠的電量并對(duì)機(jī)器進(jìn)行不定期的維修保養(yǎng)，保持機(jī)器的正常工作，可以實(shí)現(xiàn)滑柱擰緊機(jī)器人24h不間歇運(yùn)行，在一定程度上提高了生產(chǎn)效率[3]。

3 滑柱擰緊機(jī)器人的系統(tǒng)構(gòu)成

3.1 主體機(jī)構(gòu)

從穩(wěn)定性和實(shí)用性的角度出發(fā)，給設(shè)備配置底座支撐，不僅能夠使得滑柱擰緊設(shè)備安全地運(yùn)行，還能在一定程度上滿足設(shè)備的工作高度。設(shè)備主體不僅應(yīng)具有足夠的剛度、強(qiáng)度并且還要充分保證工作的靈活性能，避免設(shè)備自身出現(xiàn)卡頓鎖死的情況。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，應(yīng)該選擇合理的驅(qū)動(dòng)方式，使得設(shè)備運(yùn)行良好無(wú)故障。主體機(jī)構(gòu)與其他各個(gè)機(jī)構(gòu)相互連接、配合，協(xié)作完成裝配任務(wù)。對(duì)于制造材料方面，應(yīng)該充分考慮其性能要求，滿足結(jié)構(gòu)性能的同時(shí)選用較輕的材料。

3.2 擰緊轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)

擰緊轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為機(jī)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(jī)器人擰緊槍頭退出，旋轉(zhuǎn)并180°，更換另外2個(gè)擰緊槍匹配油箱頸擰緊動(dòng)作。在工作中，通過(guò)設(shè)置不同的工藝參數(shù)和程序，控制機(jī)器人在垂直和水平方向的移動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)角度，帶動(dòng)擰緊軸移動(dòng)到螺栓位置，完成螺栓擰緊動(dòng)作。機(jī)械擰緊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2滑柱和油箱頸擰緊轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)

4 滑柱擰緊機(jī)器人擰緊技術(shù)

4.1 技術(shù)要求分析

對(duì)于滑柱機(jī)器人在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的要求情況，對(duì)其進(jìn)行如下分析：滑柱擰緊設(shè)備能夠全方位轉(zhuǎn)動(dòng)，這就使得其在空間區(qū)域中至少有3個(gè)自由度，包括在X、Y、Z軸方向上的移動(dòng)，使得其擰緊機(jī)械臂能夠在空間區(qū)域的任意位置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。流水線工序節(jié)拍52s，所以要求滑柱擰緊機(jī)器人在高標(biāo)準(zhǔn)的定位精度情況下還要保證響應(yīng)迅速。因此，為了保證機(jī)器人能夠到達(dá)這樣的要求，傳動(dòng)方案要有足夠高的運(yùn)動(dòng)精度[4]。

4.2 擰緊過(guò)程的控制方法

機(jī)器人擰緊工作的實(shí)質(zhì)是要將需要裝配的零部件的預(yù)緊力有效地控制在一定范圍內(nèi)。擰緊槍品牌為阿特拉斯，采用力矩和轉(zhuǎn)角2種參數(shù)監(jiān)控最終擰緊力矩，也是當(dāng)前德系企業(yè)汽車(chē)生產(chǎn)線針對(duì)擰緊等級(jí)為CAT A&B類(lèi)擰緊點(diǎn)常用的擰緊方式。

機(jī)器人在工作中需要對(duì)擰緊過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，以保證擰緊力矩的準(zhǔn)確性。監(jiān)控過(guò)程根據(jù)擰緊曲線來(lái)確定工況的合格程度。其主要的方法是扭矩控制-角度監(jiān)控法和轉(zhuǎn)角控制-扭矩監(jiān)控法。前者是當(dāng)扭矩到達(dá)最終裝配扭矩的范圍之內(nèi)時(shí)，擰緊設(shè)備降低轉(zhuǎn)速緩慢進(jìn)行擰緊工作，當(dāng)?shù)竭_(dá)最終裝配的扭矩值，進(jìn)行角度監(jiān)控。這種方法控制精度高，且能監(jiān)控零部件質(zhì)量[6]。本文擰緊點(diǎn)采用扭矩-角度監(jiān)控法。經(jīng)過(guò)調(diào)試后，擰緊合格率達(dá)到99.8%，滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)對(duì)設(shè)備可動(dòng)率和擰緊合格率的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著機(jī)器人技術(shù)在汽車(chē)制造業(yè)的廣泛運(yùn)用，本文巧妙設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出滑柱和油箱頸同時(shí)擰緊機(jī)器人，為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。擰緊機(jī)器人的成本經(jīng)濟(jì)性和擰緊控制的可靠性，相較于人工作業(yè)，具有極大的優(yōu)勢(shì)。此外，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的降本增效，提升生產(chǎn)效率成為企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)重要因素。本文開(kāi)發(fā)的滑柱和油箱頸擰緊機(jī)器人生產(chǎn)線具有極強(qiáng)的柔性，后期對(duì)工藝參數(shù)和擰緊設(shè)備稍加更改，便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)更多種類(lèi)車(chē)型的擰緊作業(yè)，在汽車(chē)制造領(lǐng)域極具推廣性。