汽车滑门中导轨自动化生产线的分析及设计

文/崔选峰・秦皇岛燕大汽车零部件制造有限公司

汽车滑门中导轨自动化生产线的分析及设计

文/崔选峰・秦皇岛燕大汽车零部件制造有限公司

现今在汽车发展中多用途汽车（商务车、MPV、微型面包车）的优势越来越明显，主机厂的重点也越来越向这方面倾斜，而由于生产多用途车的厂家还相对较少，故其厂家销量都处于高位。高端的多用途汽车（商务车、MPV）空间大、功能多，可进行商务出行及谈判等，并可承载体积较大货物，舒适性能并不比轿车差，而且车身高、视野好。

面对高位的销量，在多用途汽车零部件的生产中工艺复杂的零部件必然要求自动化生产线来保证数量和质量。在整车车身结构中，中部滑门中导轨的生产无疑是工序最多，质量最难控制的。下面以某车车门中滑轨零件（图1）为例，对自动化生产线进行分析及设计。

生产工艺分析

材料为1.5mm不锈钢，表面包覆PVC橡胶，左右件对称，预计产量20000套/月。基本生产工艺为复合辊压→三维拉弯→复合冲压及锯切→焊接。由于零件属于车身外饰件，表面要求为A级表面，但外表面包覆PVC橡胶不能增加打磨工序，所以生产线的型材生产只能通过调整设备、工装及相关参数来保证表面质量，但却限制了整条生产线的速度在5m/s之内；后部工序的操作由机器人代替人来进行，保证转运过程的成品率及工序操作的准确性。

图1 零件简图

所需设备和工装

生产线设备结构复杂，且类别都涉及机、电、液一体化；有钢带开卷机、校平机、对焊机、辊压生产线、挤胶机、感应加热器、挤塑机、自动上料机、冷却池、牵引机、切断机、三维拉弯机、复合冲压及锯切工装、凸焊螺栓焊机、点焊机、无影光源区、自动打包机，液压站和一台操作机器人。过程控制通过中央控制电脑集中控制，并在易出问题位置布置摄像头，便于实时监控及问题追溯。

工序设计注意事项

（1）复合辊压为常规辊压线（图2）与包塑设备优化结合的产物，对前部辊压线所出口型尺寸要求更为严格，公差必须控制在±0.2mm（与材料的厚度有关），如保证不了这个公差尺寸将对随后的挤塑造成很大影响。挤塑模的设计水平对挤出截面及表面质量起决定作用，然而现在行业中挤出模的设计水平还较低，需要有丰富调试经验的师傅进行调试来弥补设计上的缺陷。

图2 复合辊压线

图3 三维拉弯工装

图4 复合冲压及锯切工装

（2）三维拉弯机用来成形零件的空间形面，由于材料的强度较高，塑性较差，且对成形后内部口形有一定要求，故设计时应注意：1)油缸的选择应有一定的富余量，便于调整；2)型板零件需淬火来防止长时间使用后零件对型板拉伤；3)应安装自动装芯和自动卸芯装置，且应采用金属材料；4)预冲基准孔，作为后序的操作基准。

（3）复合冲压及锯切（图4）用来对拉弯后的型材先切断两头，保证端面，再利用复合冲压工装实现常规冲压工序的功能。设计时应注意：1)锯切型块与零件的间隙不能过大，不然易出现端面夹角超差，锯片位置预留足够的调整空间；2)冲压采用液压缸来代替冲床，冲裁间隙适当降低；3)主要位置采用数控加工来保证装配精度；4)复合冲压要求各冲压单元装配基准一致，保证冲裁平面的一致性；5)PVC橡胶的冲裁采用高压气缸来保证端面质量。

图5 自动生产线布局

生产线布局

由于整条生产线资金投入很大，为降低成本需各方面有效的整合，最终采用以工业机器人为中心环绕式布局方式（图5），此方式不仅降低了设备投入，节约了场地，还便于监控及操作。

运动干涉分析

自动化生产线只有一台工业机器人，故运动干涉分析即机器人的运动分析，不仅需要机器人的每一个动作在时间上要尽量缩短，而且还要保证机器人臂有充足的运动空间，结合复合辊压线的辊压速度及各工序需机器人完成的时间，最终整条生产线的速度定位为1.8套/min。

机器人的动作顺序为：辊压线有完成型材→三维拉弯机上料并夹紧，拉弯机开始运动→夹持左件凸焊螺栓焊接→夹持左件支架焊接→放无影光源区→拉弯完成后夹持左件致复合冲压及锯切单元中的锯切位置，锯切单元开始运动→夹持右件件致复合冲压及锯切单元中的锯切位置，锯切单元开始运动→夹持右件凸焊螺栓焊接→夹持右件支架焊接→放无影光源区→夹持左件由锯切位置转至复合冲压位置，开始冲压工序→夹持右件由锯切位置转至复合冲压位置，开始冲压工序→三维拉弯机上料并夹紧，拉弯机开始运动。

正常生产的保障措施

由于整条自动化生产线结构复杂，运动繁多，为防止生产线故障或产品质量出现波动造成停线，应设置两名工作人员，一名负责在无影光源区有件时对零件进行检测并装箱打包，一名负责对整条生产线进行不间断巡视，防止各工序出现无料、无件对下序造成影响，并实时监控电脑控制系统各项参数是否正常。生产班组实行三班制，因为复合辊压线停机再生产需要很长的调试时间，会出现很多废品，所以生产方式为24h不间断生产，且一次至少生产一个批量。在生产线生产结束后应当对各设备及时进行检修，防止问题在正常生产过程中发生造成停线。

结束语

由于常规工艺没有合理的集成化，不仅占用设备多、人员多、场地多，而且人为因素及零件在工序间运转次数多，也导致了生产效率低下，成品率最高只能到90%，而采用自动化生产线后各方面都有了很大的提升，成品率更是达到了99%。工艺集成化及工程控制的优势在这个产品上得到了很好的体现，同时也是零件大批量生产发展的必然趋势。