汽車開啟件機器人滾邊缺陷分析與調(diào)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(diào)整

2013/6/16 18:23:45

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