單動力三工序包邊機構

張東強 劉旭光 劉殿福 李俊峰

（長城汽車股份有限公司技術中心，保定 071000）

1 前言

目前汽車行業(yè)已進入高速發(fā)展階段，汽車車型種類繁多，外形千變?nèi)f化，在不同的時期，市場對外形的需求也不同。在這樣的市場環(huán)境要求下，各汽車制造廠要想增大市場份額甚至要保住原有市場都很艱難，這就要求生產(chǎn)要跟上市場的需求，在滿足汽車性能需求的前提下降低成本，隨著市場需求快速變換外觀形狀。汽車外觀主要體現(xiàn)在門蓋、側(cè)圍、頂蓋等部位，這些部位總成大多設計成包邊結(jié)構，因此，提高包邊質(zhì)量穩(wěn)定性，提高生產(chǎn)節(jié)拍，有效減低成本成為快速搶占市場的關鍵因素。

2 常見的汽車門蓋包邊工藝及特點

目前各大汽車商主要采用標準液壓機式壓合模、專用壓機式壓合模和機器人滾邊形式來實現(xiàn)四門兩蓋的包邊工藝。標準液壓機式壓合模形式結(jié)構復雜，翻邊角度大的制件難以保證包邊質(zhì)量，投入成本高、開發(fā)周期長，設備占地面積大，模具質(zhì)量大，對地基要求高，安裝調(diào)試空間大，維修和調(diào)試不方便；專用壓機式壓合模形式（現(xiàn)在大多汽車制造廠均有使用）結(jié)構復雜，翻邊角度大的制件難以保證包邊質(zhì)量。預包邊和終包邊使用不同的驅(qū)動機構，結(jié)構較復雜，投入成本較高、開發(fā)周期較長，設備占地面積較小；機器人滾邊形式包邊質(zhì)量不穩(wěn)定，節(jié)拍較長[1]。

3 單動力三工序包邊結(jié)構

單動力三工序包邊結(jié)構能夠?qū)崿F(xiàn)大角度（翻邊角度＞120°）的制件包邊，提供一種高效、穩(wěn)定的包邊過程（設備在1 個動力裝置的推動下連續(xù)完成2 次預包邊和1 次終包邊）。

3.1 單動力三工序包邊結(jié)構包邊的工藝過程

本結(jié)構工件包邊經(jīng)過3 個步驟，首先是初預包邊刀塊將工件由初始狀態(tài)翻折成90°，然后使用二次包邊刀塊將工件由90°翻折成45°，最后使用終包邊刀塊完成最終包邊任務。

3.2 單動力三工序包邊結(jié)構結(jié)構包邊的技術方案

針對本結(jié)構的包邊工藝要求采取如下技術方案（圖1）。

圖1 單動力三工序包邊結(jié)構技術方案

使用1 臺伺服電機和一臺減速機組成驅(qū)動裝置。設計3 組刀塊，分別對應翻邊90°、45°和0°的三序包邊工藝要求。減速機輸出軸外聯(lián)曲軸以輸出動力。對應每組刀塊各設計1 套動力傳動裝置，曲軸是動力輸入的共同傳遞部件。二次預包邊和終包邊動力傳動裝置均采用雙搖桿結(jié)構，用于保證包邊刀塊在保變過程終的穩(wěn)定性和包邊力方向。

3.3 技術方案結(jié)構原理

單動力三工序包邊結(jié)構結(jié)構采用2 套曲柄搖桿機構和1 套曲柄滑塊機構。初次預包邊使用曲柄滑塊機構，保證在包邊過程中包邊力方向與工件包邊處型面平行；二次預包邊采用曲柄搖桿機構，設計二次包邊刀塊在包邊過程中對工件產(chǎn)生的包邊力在2 個方向上產(chǎn)生足夠的作用力，一個方向與工件包邊處型面平行，另外一個方向與工件包邊處型面垂直，保證工件在包邊過程中與胎模緊密貼合；終包邊采用曲柄搖桿機構，設計終包邊刀塊在包邊過程中包邊力主要與工件包邊處型面垂直，與工件包邊處型面平行的分力做到最小，以保證最終包邊質(zhì)量。

圖2 是單動力三工序包邊結(jié)構的原理圖。曲柄2 中心鉸接在機架1 上，a鉸接點為電機減速機扭矩輸入點，曲柄中心外共設計3 個鉸接點b、d、k，分別與連桿3、連桿6、連桿13 鉸接。動力由減速機輸出軸直接傳遞到曲軸上，曲軸2 將扭矩通過連桿3、連桿6 和連桿13 分別驅(qū)動初次預包邊刀塊、二次預包邊刀塊和終包邊刀塊完成預定的工件包邊過程[2]。

圖2 單動力三工序包邊結(jié)構結(jié)構的原理

a.機架1、曲柄2、連桿3、滑塊4 和初次預包邊刀塊組件5 組成初次預包邊動力傳動裝置。連桿3 和初次預包邊刀塊組件5 鉸接于c點，初次預包邊刀塊組件5 與滑塊4 在H 處組成滑動摩擦副。

b.機架1、曲柄2、連桿6、搖桿7、搖桿8 和二次預包邊刀塊組件9 組成二次預包邊動力傳動裝置。連桿6 和二次預包邊刀塊組件9 鉸接于j點，二次預包邊刀塊組件9 還有2 個鉸接點，分別與搖桿7 鉸接于g點、與搖桿8 鉸接與h點；搖桿7 另一端與機架1 鉸接于點e；搖桿8 與機架1 鉸接于點f。

c.機架1、曲柄2、連桿13、搖桿11、搖桿12 與終包邊刀塊組件10 組成終包邊動力傳動裝置。搖桿12 設計3 個鉸接點中間交接點l 與機架1 鉸接，一端于連桿13 鉸接于p點，另一端與終包邊刀塊組件10 鉸接于m點；搖桿11 一端與機架1 鉸接于o點，另一端與終包邊刀塊組件10 鉸接于n點。

3.4 包邊過程詳述

圖3 為設備處于未包邊的初始狀態(tài)，包邊刀塊均在零位上，未包邊的工件邊緣與包邊刀塊間有一定的距離，這樣便于工件輸送。

圖3 設備初始狀態(tài)

3.4.1 初次預包邊過程

圖4 為初次預包邊完成后的狀態(tài)。

圖4 設備預包邊完成后狀態(tài)

開始初次預包邊時，電機逆時針轉(zhuǎn)動，通過減速機帶動曲軸2 逆時針轉(zhuǎn)動，連桿3 在曲軸2 帶動下繞c點順時針轉(zhuǎn)動，同時b點向上、向右運動，c點向右運動，這樣連桿3 推動初次預包邊刀塊組件沿著滑塊4 的滑道向右運動，當點a，點b和點c處于同一直線狀態(tài)時初次預包邊刀塊向右運動停止，此時初次預包邊完成。

初次預包邊開始的同時曲軸2 拉動連桿6 向左運動，連桿6 帶動二次預包邊刀塊組件繞f點、e點逆時針轉(zhuǎn)動，二次預包邊刀塊向左上方運動。

在進行初次預包邊的過程中曲軸2 同樣帶動連桿13 向下運動，連桿13 拉動搖桿12 繞點l 逆時針轉(zhuǎn)動，搖桿12 帶動終包邊刀塊組件繞點l 和點o逆時針轉(zhuǎn)動，終包邊刀塊向左上方運動。

3.4.2 二次預包邊過程

圖5 是二次預包邊完成后的狀態(tài)。

圖5 設備二次預包邊完成后狀態(tài)

初次預包邊結(jié)束，開始進入二次預包邊，電機順時針轉(zhuǎn)動，通過減速機帶動曲軸2 順時針轉(zhuǎn)動，連桿3 在曲軸2 帶動下繞c點逆時針轉(zhuǎn)動，同時b點向下、向左運動，c點向左運動，這樣連桿3 拉動初次預包邊刀塊組件沿著滑塊4 的滑道向左運動，初次預包邊刀塊向左運動遠離包邊區(qū)，此時開始轉(zhuǎn)入二次預包邊階段。

曲軸2 順時針轉(zhuǎn)動推動連桿6 向右運動，連桿6 帶動二次預包邊刀塊組件繞f點、e點順時針轉(zhuǎn)動，二次預包邊刀塊向右下方運動。在這個運動過程中，二次預包邊刀塊快速向右運動，位置由終包邊刀塊的左下方轉(zhuǎn)到右下方。當點d、點e、點j處于同一直線上時，二次預包邊刀塊停止向右下方運動，二次預包邊過程結(jié)束。

曲軸2 同樣帶動連桿13 向上運動，連桿13 推動搖桿12 繞點l 順時針轉(zhuǎn)動，搖桿12 帶動終包邊刀塊組件繞點l 和點o順時針轉(zhuǎn)動，終包邊刀塊向右下方運動。

在二次預包邊過程中，二次預包邊刀塊的運行速度要超越終包邊刀塊的運行速度，這樣就有效避免了二次預包邊刀塊組件和終包邊刀塊組件的運動干涉問題。

3.4.3 終包邊過程

圖6 是終包邊完成后的狀態(tài)。

二次預包邊結(jié)束，開始進入終包邊過程，電機繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動，曲軸2 順時針轉(zhuǎn)動，連桿3 在曲軸2 帶動下繞c點逆時針轉(zhuǎn)動，同時b點由向左下方運動轉(zhuǎn)為向左上方運動，c點向左運動，這樣連桿3 拉動初次預包邊刀塊組件沿著滑塊4 的滑道繼續(xù)向左運動，此時開始轉(zhuǎn)入終包邊階段。

曲軸2 繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動，d點開始轉(zhuǎn)向左下方向運動，曲軸2 拉動連桿6 向左下運動，連桿6 帶動二次預包邊刀塊組件繞f點、e點逆時針轉(zhuǎn)動，二次預包邊刀塊向左上方運動。在這個運動過程中，二次預包邊刀塊快速向左上運動，位置由終包邊刀塊的右下方迅速轉(zhuǎn)到左下方。二次預包邊刀塊退出包邊區(qū)，二次預包邊過程轉(zhuǎn)為終包邊過程。

曲軸2 同時帶動連桿13 繼續(xù)向上運動，連桿13 推動搖桿12 繞點l 順時針轉(zhuǎn)動，搖桿12 帶動終包邊刀塊組件繞點l 和點o順時針轉(zhuǎn)動，終包邊刀塊向右下方運動。

在終包邊過程中，終包邊刀塊向右運行的速度由快轉(zhuǎn)慢，向下運行的速度由慢轉(zhuǎn)塊，到開始接觸工件實施終包邊時，終包邊刀塊主要轉(zhuǎn)為向下運動。

當點a點k和點p位于同一直線上時，終包邊過程結(jié)束。終包邊完成后，電機逆時針轉(zhuǎn)動，設備轉(zhuǎn)至初始狀態(tài)，完成一個包邊循環(huán)。

4 現(xiàn)場應用案例

如圖7 所示，此為在產(chǎn)某車型車門生產(chǎn)線包邊工位采用本結(jié)構的翻邊效果；通過計算及前期現(xiàn)場試驗驗證，結(jié)合現(xiàn)場對壓件過程的觀測及調(diào)整得出結(jié)論：此結(jié)構使用減速比為160∶1 減速機的情況下若要包實1000 mm 翻邊，需要電機最小扭矩為21 N·m。其包邊效果如圖8 所示。

圖7 某車型單動力三工序包邊機構

圖8 某車型單動力三工序包邊機構包邊效果

包邊質(zhì)量優(yōu)；包邊后3 層板厚度2.2 mm 左右數(shù)模要求為（2.1±0.2）mm，符合數(shù)模及品質(zhì)要求；通過現(xiàn)場調(diào)試可得：節(jié)拍時間為30 s，其中上下件16 s，三序包邊9 s，最后一序的保壓時間5 s，而一般滾邊夾具完成此件滾邊作業(yè)節(jié)拍時間≥60 s，平均節(jié)拍可提升30 s，工作效率可提升2倍；其包邊質(zhì)量經(jīng)現(xiàn)場測定較滾邊有一定的提高，同時由于各點受力均勻，且各壓刀與制件全部同時接觸，壓緊力較滾邊要大很多，包邊全部為機械性的硬性連接，其穩(wěn)定性、品質(zhì)保證能力較滾邊有大幅度提高。經(jīng)過刀塊的修磨，可得到品質(zhì)較高且穩(wěn)定的包邊效果。但由于需要研配翻邊刀塊與制件的貼合程度，故對研磨操作人員的能力要求較高，否則易出現(xiàn)包邊壓痕等質(zhì)量缺陷。

5 結(jié)束語

本結(jié)構將傳統(tǒng)的壓合模包邊由兩序包邊改成三序包邊，這樣可以實現(xiàn)翻邊角度＞120°的包邊。改善二次預包邊力的方向，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量的保證能力。將原有的兩序包邊由2 套驅(qū)動裝置改進為三序包邊由一套驅(qū)動裝置實現(xiàn)，三序包邊連續(xù)完成，有效提高工作效率。