汽車開啟件機器人滾邊缺陷分析與調(diào)整
汽車的四門兩蓋(左右前車門、后車門,發(fā)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(nèi)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(chǎn)生的上翻邊或下翻邊壓平后,使零件的內(nèi)、外板連接在一起的裝配工藝(通過折彎)。傳統(tǒng)包邊工藝有壓機+上下模具形式(Press),液壓/伺服電機驅(qū)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(yè)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(yè)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(yōu)勢在于柔性化較高,適用于幾種車型,最大化提高了設(shè)備的利用率,降低成本。
一般機器人滾邊系統(tǒng)包括以下幾部分(見圖一):
(圖一)
1、 機器人:根據(jù)滾邊負荷進行機器人選型。
2、 滾頭: 根據(jù)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(jù)產(chǎn)品的特點而設(shè)計。
3、 胎模:對開啟件的內(nèi)板和外板可靠定位。胎模型面將根據(jù)沖壓的數(shù)字化定義(DFNIE)加工成型。
4、 定位夾具:將內(nèi)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(nèi)外板的位置關(guān)系,是保證滾邊質(zhì)量的重要組成部分。
5、 內(nèi)外板:開啟件的外板與胎模完全貼合,內(nèi)板和外板之間的相對位置關(guān)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(chǎn)生各種缺陷,我們應(yīng)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(chǎn)生的缺陷有:
1、 包邊后未完全閉和,在內(nèi)板和外板之間存在縫隙。
2、 外板上出現(xiàn)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(guī)則。
5、 局部寬度過大(在檢具上表現(xiàn)間隙小)。
6、 包邊后的零件尺寸太大(在檢具上表現(xiàn)間隙小)。
7、 外觀質(zhì)量和尺寸缺陷。
在某個項目中我們對于發(fā)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(zhì)量影響因素:
1、 內(nèi)板沖壓來件質(zhì)量: 內(nèi)板的切邊光滑度以及連續(xù)性直接影響到最終開啟件成型的外觀質(zhì)量以及光滑連續(xù)性。
2、 外板沖壓來件質(zhì)量:外板翻邊高度,打開角度,以及翻邊邊緣的連續(xù)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(nèi)外板相對位置的定位以及夾緊固定效果。
4、 機器人滾邊調(diào)試:滾邊工藝的編排包括滾邊先后順序,次數(shù),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(fā)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(zhì)。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(guān)聯(lián)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(nèi),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(jīng)詳盡的列出。那么下一步任務(wù)就是利用以上魚骨圖并采取何種措施來改善以上出現(xiàn)的問題。現(xiàn)場,我們根據(jù)魚骨圖設(shè)計了對應(yīng)的措施展開型系統(tǒng)圖,對每個可能產(chǎn)生的原因制作了對應(yīng)了解決方案。
所謂系統(tǒng)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(lián)系,并且將目的和手段相互聯(lián)系起來逐級展開的繪制系統(tǒng)圖。利用它可系統(tǒng)分析問題的原因并確定解決問題的方法。利用系統(tǒng)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?qū)ふ页鰧崿F(xiàn)預(yù)定目的的方法。
系統(tǒng)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(fā)動機蓋左右兩側(cè)的外形以及裝配缺陷,提高滾邊質(zhì)量。
2、 提出手段和措施。根據(jù)以上缺陷產(chǎn)生的原因分析,可以提出一系列對應(yīng)的改進措施,比如“1、提高內(nèi)板沖壓件邊緣切邊連續(xù)性和光滑度”,“2、改善外板翻邊高度”……“6、增加定位點位置、數(shù)量”……“12、調(diào)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(diào)試件數(shù)目有限,并且調(diào)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(xiàn)場可實施的有效的、經(jīng)濟的措施和手段。
4、 繪制系統(tǒng)圖,這是最重要的一環(huán)。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(guān)系聯(lián)系起來。
5、 制訂實施計劃。根據(jù)對象制訂實施計劃,這時要使系統(tǒng)圖中最低級的手段進一步具體化、精練化,并決定其實施內(nèi)容、日程和承擔(dān)的任務(wù)等事項。
按照系統(tǒng)圖法我們繪制出這個項目的系統(tǒng)圖:(見圖六)
L:低 M:中等 H:高
(圖六)
改善開啟件機器人滾邊質(zhì)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(xiàn)的質(zhì)量問題不相一致,相對應(yīng)采取解決措施也有所不同。根據(jù)這個項目的具體問題以及以往的工作經(jīng)驗,在系統(tǒng)圖中我們加入了“預(yù)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(fā)動機蓋滾邊缺陷同時,還需要考慮另一個重要的因素----“節(jié)拍”。項目中節(jié)拍為25JPH,即一個小時內(nèi)出25輛車,平均一輛車完成時間須在 3600/25*0.85(設(shè)備開通率)=122秒以內(nèi)。由上可見,③,⑥,⑦,⑩,?措施都會影響到生產(chǎn)節(jié)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(jié)拍的措施。
從上述解決方案的難易度,成本,重要度,以及預(yù)期效果等方面的綜合考慮,我們優(yōu)先采取有如下幾種方案:
方案6:在發(fā)動機蓋尖角處增加定位點,使得滾邊過程中保證內(nèi)外板之間貼合。
方案10:增加發(fā)動機蓋尖角處滾邊次數(shù)。
方案12:優(yōu)先對發(fā)動機蓋尖角處滾邊。
選定了方案之后,那么就要在現(xiàn)場做實驗來調(diào)試結(jié)果。因為其上三種方案都會直接影響到生產(chǎn)節(jié)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(tài):“增加壓頭”和“不增加壓頭”;方案10也有兩種狀態(tài)“滾邊3次”和“滾邊4次”;方案12也有兩種狀態(tài)“首先滾尖角”和“最后滾尖角”。如果上述方案狀態(tài)都需要做實驗的話,那需要至少23=8種狀態(tài),每種狀態(tài)至少需要3件調(diào)試,總共的話至少要8*3=24件調(diào)試。客戶可提供的調(diào)試件數(shù)目明顯少于這個數(shù)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(jù)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(jīng)濟的實驗設(shè)計方法。日本著名的統(tǒng)計學(xué)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(guī)劃的實驗如下圖所示(見圖七):
實驗因素水平表
(圖七)
現(xiàn)場根據(jù)上述正交表做實驗測試,其中第4種實驗因素的編排消弱了發(fā)動機蓋尖角塌陷狀態(tài),但是沒有完全解決,并且右側(cè)輪廓直線差問題沒有絲毫改善。
然后再按照優(yōu)先順序上所示采取如下方案進行實驗:
方案2:縮短發(fā)動機尖角處翻邊高度。(見圖八)
(圖八)
方案5:改善翻邊切邊使之圓滑。(見圖九)
(圖九)
但是由于外板沖壓來件已經(jīng)存在著翻邊過高以及翻邊上缺角問題,現(xiàn)場我們只好打磨好外板來做實驗。實驗結(jié)果是這兩項外板沖壓來件整改之后,再經(jīng)過機器人滾邊,已經(jīng)完全消除了發(fā)動機蓋尖角塌陷問題,還遺留著右側(cè)輪廓直線差問題。
再進一步分析直線輪廓差的問題,發(fā)現(xiàn)外板折彎半徑的突變是主要原因,并且這是無論如何通過機器人滾邊無法消除的缺陷。
因此,根據(jù)調(diào)試方案的結(jié)果,我們就可以完善系統(tǒng)圖。(見圖十)
L:低 M:中等 H:高
(圖十)
綜上所述,本項目中發(fā)動機蓋機器人滾邊缺陷的主要原因為外板沖壓來件質(zhì)量問題(翻邊過高、切邊不連續(xù)和轉(zhuǎn)彎半徑有突變等),次要原因為滾邊工藝,內(nèi)板沖壓來件,定位夾具以及胎模的影響較小。(見圖十一)
(圖十一)

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