汽車開啟件機器人滾邊缺陷分析與調整_汽車開啟件機器人_滾邊缺陷

汽車開啟件機器人滾邊缺陷分析與調整

2013/6/16 18:23:45

汽車的四門兩蓋（左右前車門、后車門，發動機蓋和行李箱蓋或后背門)，是汽車車身總成的重要組成部分。它們是汽車車身的外表開啟件，裝配后要與周圍零件保持均勻的裝配間隙，以達到良好的互換性，同時它們也是汽車塑形的可見表面。因此，要求門、蓋外表面光滑平整，不能存在凹凸劃痕，還要保證邊緣過渡線圓滑。基于以上要求，四門兩蓋內外板之間裝配不能采用焊接工藝，而要選用包邊工藝。

所謂包邊工藝，是一種將零件上沖壓產生的上翻邊或下翻邊壓平后，使零件的內、外板連接在一起的裝配工藝（通過折彎）。傳統包邊工藝有壓機+上下模具形式（Press），液壓/伺服電機驅動專機形式（Table Top），但是以上方式的弊端是柔性較差，只能適用于一種車型，并且制造、維修成本較高。所以伴隨著工業自動化程度的提高，在包邊工藝中也引入了機器人滾邊(Robot Roller Hemming)。

所謂機器人滾邊，就是滾邊操作中引入工業機器人，通過機器人手臂上安裝輥子進行滾壓包邊的制造工藝。機器人滾邊的優勢在于柔性化較高，適用于幾種車型，最大化提高了設備的利用率，降低成本。

一般機器人滾邊系統包括以下幾部分（見圖一）：

（圖一）

       1、機器人：根據滾邊負荷進行機器人選型。
       2、滾頭：根據需要選擇一種或兩種安裝在機器人上。機器人運動時，完成對開啟件的滾邊。滾頭上的滾輪根據產品的特點而設計。
       3、胎模：對開啟件的內板和外板可靠定位。胎模型面將根據沖壓的數字化定義（DFNIE）加工成型。
       4、定位夾具：將內板和外板合裝后，由其他工位搬運到此工位。定位夾具保證內外板的位置關系，是保證滾邊質量的重要組成部分。
       5、內外板：開啟件的外板與胎模完全貼合，內板和外板之間的相對位置關系由定位夾具保證。
       機器人滾邊的基本工藝為：對于翻邊角度為90°的開啟件,采用兩次滾邊成型即可。第一次滾成45°，第二次即壓平（見圖二）。每次滾邊角度在45°左右。

（圖二）

       在機器人滾邊的過程中會產生各種缺陷，我們應分析缺陷的類型，并針對不同類型缺陷找出解決問題的辦法。一般滾邊中產生的缺陷有：
       1、包邊后未完全閉和，在內板和外板之間存在縫隙。
       2、外板上出現很明顯的波紋。
       3、角沒有完全閉和或者角上有小尖尖。
       4、包邊后包邊圓角半徑過大，或者不規則。
       5、局部寬度過大（在檢具上表現間隙小）。
       6、包邊后的零件尺寸太大（在檢具上表現間隙小）。
       7、外觀質量和尺寸缺陷。
      在某個項目中我們對于發動機蓋進行機器人滾邊，遇到了上述3，7項缺陷（見圖三）。

（圖三）

       為改善汽車開啟件機器人滾邊缺陷，首先要分析機器人滾邊質量影響因素：
       1、內板沖壓來件質量：內板的切邊光滑度以及連續性直接影響到最終開啟件成型的外觀質量以及光滑連續性。
       2、外板沖壓來件質量：外板翻邊高度，打開角度，以及翻邊邊緣的連續性（是否存在破口），折彎半徑等。（見圖四）

（圖四）

       3、定位夾具以及胎模：對于內外板相對位置的定位以及夾緊固定效果。
       4、機器人滾邊調試：滾邊工藝的編排包括滾邊先后順序，次數，每次包邊的角度以及滾頭施加的壓力。
       對于上述機器人滾邊成型影響因素，利用日本管理大師石川馨先生所發展出來的“因果圖”－－－－“ 魚骨圖”更能形象以及抓住事物原因的本質。問題的特性受到一些因素的影響，我們找出這些因素，并將它們與特性值一起，按相互關聯性整理而成的層次分明、條理清楚，并標出重要因素的圖形。因其形狀如魚骨，所以叫做魚骨圖。

       按照以上分析的影響因素，繪制魚骨圖（見圖五）：
       1、繪制“魚脊”，將擬找出原因的問題寫在黑右邊的框內，并在其尾部引出一條水平直線。
        2、繪制“大骨”，在魚脊上畫出與魚脊成45°角的直線，并在其上標出引起問題的主要原因。
        3、繪制“中骨”、“小骨”……，對引起問題的原因進一步細化，列出所有原因。

（圖五）

魚骨圖成功完成后，影響問題的原因已經詳盡的列出。那么下一步任務就是利用以上魚骨圖并采取何種措施來改善以上出現的問題。現場，我們根據魚骨圖設計了對應的措施展開型系統圖，對每個可能產生的原因制作了對應了解決方案。

所謂系統圖法，又叫樹圖法，為達到目的，需選擇手段，上一個目的又與下一個手段相聯系，并且將目的和手段相互聯系起來逐級展開的繪制系統圖。利用它可系統分析問題的原因并確定解決問題的方法。利用系統圖法的概念，把達到某一個目的所需要的手段層層展開成圖形，就能對問題有一個全貌的認識，并且能把握問題的重點，從而能夠尋找出實現預定目的的方法。

       系統圖法的繪制程序：
       1、確定目的和目標。項目中最終目的是消除發動機蓋左右兩側的外形以及裝配缺陷，提高滾邊質量。
       2、提出手段和措施。根據以上缺陷產生的原因分析，可以提出一系列對應的改進措施，比如“1、提高內板沖壓件邊緣切邊連續性和光滑度”，“2、改善外板翻邊高度”……“6、增加定位點位置、數量”……“12、調整滾邊先后順序”。
       3、評價手段和措施。決定取舍。目前可選取的方案很多，但是調試件數目有限，并且調試時間也有限制，所以從成本，難易度，重要度等因素考慮來選擇現場可實施的有效的、經濟的措施和手段。
       4、繪制系統圖，這是最重要的一環。具體做法是：首先把確定的目的和目標置于圖紙左端，然后把為達到的目的和目標與必要的手段和措施之間的關系聯系起來。
       5、制訂實施計劃。根據對象制訂實施計劃，這時要使系統圖中最低級的手段進一步具體化、精練化，并決定其實施內容、日程和承擔的任務等事項。
       按照系統圖法我們繪制出這個項目的系統圖：（見圖六）

L：低 M：中等 H：高

（圖六）

改善開啟件機器人滾邊質量的可選擇措施如圖六有12條措施。在每個項目中，開啟件滾邊出現的質量問題不相一致，相對應采取解決措施也有所不同。根據這個項目的具體問題以及以往的工作經驗，在系統圖中我們加入了“預期效果”一項，可見⑥，⑩，?措施達到效果的可能性最大，②，⑤措施效果其次，其他的措施效果最小。

在改進發動機蓋滾邊缺陷同時，還需要考慮另一個重要的因素－－－－“節拍”。項目中節拍為25JPH，即一個小時內出25輛車，平均一輛車完成時間須在 3600/25*0.85（設備開通率）=122秒以內。由上可見，③，⑥，⑦，⑩，?措施都會影響到生產節拍。也就是說，如果最后采取上述某項措施，還要考慮到最終提升節拍的措施。

       從上述解決方案的難易度，成本，重要度，以及預期效果等方面的綜合考慮，我們優先采取有如下幾種方案：
        方案6：在發動機蓋尖角處增加定位點，使得滾邊過程中保證內外板之間貼合。
        方案10：增加發動機蓋尖角處滾邊次數。
        方案12：優先對發動機蓋尖角處滾邊。

選定了方案之后，那么就要在現場做實驗來調試結果。因為其上三種方案都會直接影響到生產節拍，那么的話決定了需要做最小的改變來改善缺陷。其中方案6有兩種狀態：“增加壓頭”和“不增加壓頭”；方案10也有兩種狀態“滾邊3次”和“滾邊4次”；方案12也有兩種狀態“首先滾尖角”和“最后滾尖角”。如果上述方案狀態都需要做實驗的話，那需要至少23=8種狀態，每種狀態至少需要3件調試，總共的話至少要8*3=24件調試。客戶可提供的調試件數目明顯少于這個數目，那么需要采取正交試驗的方法來做實驗。

所謂正交試驗法，即根據正交性從全面試驗中挑選出部分有代表性的點進行試驗，這些有代表性的點具備了“均勻分散，齊整可比”的特點，是一種高效率、快速、經濟的實驗設計方法。日本著名的統計學家田口玄一將正交試驗選擇的水平組合列成表格，稱為正交表。我們要做的是一個三因素兩水平的實驗，按全面實驗要求，須進行23=8種組合的實驗，若按L4(23)正交表安排實驗，只需作4次，大大減少了工作量。

所以，按照正交試驗法，規劃的實驗如下圖所示（見圖七）：

實驗因素水平表