何雨來

摘 要：文章著重介紹了汽車動力總成自動化裝配線上新研發(fā)采用的十字滑臺浮動環(huán)節(jié)的機械結(jié)構(gòu)、工作原理以及工作過程，通過此結(jié)構(gòu)在實際現(xiàn)場使用的情況，對比分析了新型結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的利弊區(qū)別，著重闡述了十字滑臺浮動機構(gòu)在汽車動力總成自動化裝配線上所起的作用及其推廣優(yōu)勢，以及由此帶來的經(jīng)濟效益和社會效益。

關(guān)鍵詞：十字浮動滑臺機構(gòu);浮動調(diào)節(jié);自動化裝配;機器人;滑動導(dǎo)軌

中圖分類號：U468.2 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）05-194-04

Abstract： Automotive powertrain automated assembly line in the cross slide floating mechanism application is analysed in this paper introduces the research and development of new vehicle powertrain automatic assembly line using the cross slide floating section of mechanical structure， working principle and working process， through this structure at the scene of the actual use situation， comparative analysis the advantages and disadvantages of the new structure and traditional structure difference， emphatically expounds the cross slide floating mechanism in the role of the automotive powertrain automatic assembly line and its advantage， and the resulting economic and social benefits.

引言

在汽車動力總成自動化裝配線上，以往在利用機器人或者桁架機械手抓取工件的時候都是剛性聯(lián)接，雖然大部分也能裝配上，但由于各個部件件裝配的累積誤差，還有工件隨行板的一致性精度差的問題，即便在設(shè)備上設(shè)置了引導(dǎo)定位銷，定位銷引導(dǎo)部分做的很長很尖，勉強引入并裝配到位，但同時也對定位銷產(chǎn)生了很大的內(nèi)應(yīng)力，這種應(yīng)力會傳遞給工件，對工件的質(zhì)量也造成一定的損傷，另外，裝配過程中也會對六軸機器人的精度損傷很大，影響了各個裝配部件的壽命。針對上述問題，新近研發(fā)設(shè)計了一種新型的十字滑臺浮動機構(gòu)，克服了以往剛性聯(lián)接中所存在的問題，解決了裝配累積誤差過大、隨行工裝板一致性精度差等因素而難于裝配的問題，現(xiàn)在此十字浮動滑臺機構(gòu)已成功應(yīng)用在汽車動力總成自動化裝配流水線中，為主機廠提供了高品質(zhì)高質(zhì)量的發(fā)動機整機產(chǎn)品！

1 工作原理

十字滑臺浮動機構(gòu)是加在機器人或者桁架機械手前的裝置，可實現(xiàn)X方向和Y方向的浮動調(diào)節(jié)。實際應(yīng)用中可以在機器人或者桁架機械手前端設(shè)置換槍盤實現(xiàn)生產(chǎn)中多品種產(chǎn)品自由兼容混線生產(chǎn)。如圖1所示，在十字滑臺浮動機構(gòu)的中間部分采用了X向和Y向雙層空間十字交叉浮動導(dǎo)軌滑道，兩側(cè)采用錐形鎖緊結(jié)構(gòu)，錐形角度一般設(shè)置在5～15°，錐形面的粗糙度需要達到Ra0.8，錐形零件表面需要做氮化熱處理，耐磨。機構(gòu)下方聯(lián)接機器人側(cè)快換盤，工具側(cè)快換盤裝在工件夾具上，不同工件有各自工件夾具，當裝配開始前，機器人會帶著十字滑臺浮動機構(gòu)以及不同的工件夾具按照待裝配工件的定位位置進行裝配軌跡的人工調(diào)試，設(shè)計自動裝配程序，此時，錐形鎖緊結(jié)構(gòu)處于鎖緊狀態(tài);自動裝配開始，機器人抓取工件時，快要到接觸到工件的時候，鎖緊氣缸桿伸出，錐桿下移，錐形公母件脫離打開，此時X、Y向的導(dǎo)軌呈自由浮動狀態(tài)，機器人繼續(xù)下探抓取工件，當抓取完成后，機器人帶動工件抬起，脫離原定位位置后鎖緊氣缸縮回，十字滑臺浮動機構(gòu)鎖緊，機器人帶著工件按照設(shè)定程序軌跡到達需要裝配的另一工件上方，十字滑臺浮動機構(gòu)再次打開，機器人下探自動認銷，浮動滑臺隨銷滑動，浮動量超誤差量，可以輕松實現(xiàn)快速自動無應(yīng)力裝配;工件裝配完成后，夾具松開，機器人上移，脫離定位導(dǎo)向銷，鎖緊氣缸縮回，十字浮動機構(gòu)再次鎖緊，機器人帶著夾具回至原位，一組工件的自動裝配工作完成。

2 結(jié)構(gòu)及工作過程

以汽車發(fā)動機缸體缸蓋自動化合箱裝配為例進行詳細介紹。

2.1 結(jié)構(gòu)

圖1為十字滑臺浮動機構(gòu)裝配示意圖，如圖所示，裝在上板1上的連接法蘭17直接與機器人相連，上板兩側(cè)裝有氣缸連接板2，連接板上安裝氣缸10，氣缸接頭9上與氣缸相連，下與錐桿11相接，錐桿錐頭部分落于錐套12內(nèi)，錐桿直頭部分含在滑套3和固定套4內(nèi)，錐桿與錐套的半徑間隙決定機構(gòu)的浮動量，一般半徑間隙設(shè)計為5～10mm，氣缸行程視浮動量而定，此為錐形鎖緊部分，X向左右兩側(cè)各一套;上板下方安裝Y向?qū)к?，中板7上方安裝Y向滑塊，下方安裝X向?qū)к?，下板8上方安裝X向滑塊，下方安裝機器人側(cè)快換盤19，與安裝在夾具上的工具側(cè)快換盤18對接，X向、Y向?qū)к壔瑝K各自配套，滑塊行程為浮動量的7～10倍，此為中間十字滑臺部分;另外，下板上方還安裝了用于限位的X向擋塊和Y向擋塊，通過緩沖器實現(xiàn)X、Y雙向限位;圖2為十字滑臺浮動機構(gòu)三維模型圖。

2.2 工作過程

2.2.1 工作內(nèi)容及要求介紹

本套機構(gòu)用在六軸機器人將缸蓋總成從缸蓋分裝線轉(zhuǎn)移到缸體線上，并將缸蓋總成裝到缸體上、自動找正定位圓銷自動找正合箱，從而實現(xiàn)全自動無應(yīng)力快速合箱裝配。

2.2.2 工作過程介紹

自動裝配開始前，機器人帶著十字滑臺浮動機構(gòu)以及不同機型的缸蓋夾具按照待裝配缸體線和缸蓋線的固定定位位置進行裝配軌跡的人工調(diào)試，設(shè)計自動裝配程序，此時，錐形鎖緊結(jié)構(gòu)處于鎖緊狀態(tài);調(diào)試結(jié)束后，首先缸蓋托盤帶著缸蓋進入缸蓋線固定工位，預(yù)擋料器落下，工位擋料器抬起，托盤輸送到位，工件檢測裝置檢測有無工件，檢測托盤姿態(tài)，讀寫頭讀碼塊信息，二次定位裝置上的插銷在氣缸的作用下插入托盤底部銷孔，定位缸蓋托盤;同時缸體托盤帶著缸體進入缸體線固定工位，預(yù)擋料器落下，工位擋料器抬起，托盤輸送到位，工件檢測裝置檢測有無工件，檢測托盤姿態(tài)，讀寫頭讀碼塊信息，二次定位裝置上的插銷在氣缸的作用下插入托盤底部銷孔，定位缸體托盤;當缸體、缸蓋均完成定位后，自動裝配工作開始，首先，機器人帶著十字滑臺浮動機構(gòu)讀取機型，根據(jù)機型判別與其匹配的缸蓋夾具，機器人側(cè)快換盤與識別到的缸蓋夾具上的工具側(cè)快換盤自動對接，缸蓋夾具就裝到機器人上了;隨后，機器人帶著缸蓋夾具抓取缸蓋，在缸蓋上方50～100mm處，鎖緊氣缸桿伸出，錐桿下移，錐形結(jié)構(gòu)打開，軸向間隙可達3～7mm（即浮動量，浮動量根據(jù)不同的使用工況下非標設(shè)計。），此時X、Y向的導(dǎo)軌呈自由浮動狀態(tài);同時，缸蓋夾具上的夾爪通過氣缸打開，機器人繼續(xù)下移，通過夾具上的一面兩銷，與缸蓋定位，缸蓋夾具上的夾爪通過氣缸閉合，將缸蓋夾緊;當抓取完成后，機器人帶動缸蓋抬起，脫離原定位位置50～100mm處，鎖緊氣缸縮回，十字滑臺浮動機構(gòu)鎖緊;機器人帶著缸蓋按照設(shè)定程序軌跡到達缸體上方50～100mm處，錐形鎖緊氣缸工作，十字滑臺浮動機構(gòu)再次打開，機器人下移自動認銷（該定位銷設(shè)計在缸體上的居多，缸蓋的相應(yīng)位置為銷孔），定位銷采用一圓一菱兩點定位的模式，定位銷頭部設(shè)計成錐形導(dǎo)向，在定位銷的錐形導(dǎo)向引導(dǎo)下，十字滑臺浮動機構(gòu)X、Y向滑塊隨之浮動調(diào)節(jié)，缸蓋沿著定位銷順利的落在缸體上，實現(xiàn)了快速自動無應(yīng)力裝配。定位后，缸蓋夾具夾爪氣缸松開，機器人移至上方50～100mm處，脫離缸蓋，錐形鎖緊氣缸縮回，十字浮動機構(gòu)再次鎖緊，機器人帶著缸蓋夾具回至原位，完成該機型的一次缸蓋和缸體的自動裝配過程。之后，缸體線擋料器打開，插銷氣缸縮回，缸體托盤脫離定位，缸體隨軌道至下一工位;至此，該裝配循環(huán)結(jié)束，轉(zhuǎn)入下一組缸體缸蓋的自動裝配。

1.缸蓋夾具 2.機器人工具側(cè)快換盤 3.缸蓋

3 裝配過程中定位偏差的產(chǎn)生

（1） 在缸蓋與缸體自動裝配過程中，有6次定位銷配合，即：

1）缸蓋二次定位與缸蓋托盤間的插銷配合;

2）缸蓋托盤與缸蓋間的定位銷配合;

3）缸蓋與缸蓋夾具間的定位銷配合;

4）缸體二次定位與缸體托盤間的定位銷配合;

5）缸體托盤與缸體間的定位銷配合;

6）缸蓋/與缸體間的定位銷配合。

各配合件間均用一圓銷一菱銷雙銷定位，配合精度為：孔為H7，銷直徑為孔名義最小尺寸-0.05mm后g6，各機型缸體缸蓋的累積加工誤差按120%計算，得出六軸機器人從抓取缸蓋到將缸蓋裝配至缸體上全過程的累積定位誤差，從下表1中可以看出，最大誤差可達0.6mm，如果采用剛性聯(lián)接，勢必造成缸體與缸蓋間的定位銷在定位導(dǎo)向的引導(dǎo)下強行裝入，在缸體與缸蓋間以及機器人機器手臂內(nèi)產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，對工件質(zhì)量不利，對機器人壽命及精度不利，而十字滑臺浮動機構(gòu)浮動量5mm，為定位累積偏差的8.3～13.9倍，可以很輕松的解決裝配定位誤差的問題、加工高精度難保證的問題、部件間長時間變形損耗的問題。此結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，它有力的保護了工件質(zhì)量，保護了機器人，保護了生產(chǎn)鏈中零部件供應(yīng)的達成率。同時大大的提高了各個行業(yè)的生產(chǎn)裝配效率。

（2）在自動化裝配線中，工件的批量隨行板（即托盤）的一致性精度很難保證，對于汽油機1.0～2.4L發(fā)動機托盤的一致性精度通常在0.1～0.2mm左右。對于柴油機6～20L發(fā)動機托盤的一致性精度通常在0.5～1mm左右。但是在實際現(xiàn)場情況中，托盤的一致性精度往往都比理論數(shù)值相差很多，從而就造成了自動化抓取定位、合箱裝配等小間隙裝配設(shè)備造成了非常大的難度。尤其是在近幾年中，柴油機的市場需求愈來愈多，隨之對應(yīng)的柴油機的裝配產(chǎn)能提高了很多，很多廠家進行裝配線的自動化程度升級改造，特別在缸體、缸蓋自動化上線、缸體缸蓋自動化合箱設(shè)備方面，需求格外之多，同時也對裝配質(zhì)量提出了很高的要求。那么通過本文上述的十字滑臺浮動機構(gòu)，可以很好的解決托盤一致性精度差的疑難問題，從而降低了對批量托盤的一致性精度要求，從而實現(xiàn)降本增效！

4 適用范圍

本文介紹的十字滑臺浮動機構(gòu)適用于動力總成自動化裝配線上定位環(huán)節(jié)多，累積定位偏差大的場合，如汽車動力總成的自動化裝配線上都可以應(yīng)用。比如缸體自動化上線、缸蓋自動化上線、缸體和缸蓋之間自動化合箱、DCT變速箱前后殼自動化合箱、輕量化卡車變速箱前殼體、后殼體自動化合箱等工位。

5 結(jié)論

本機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、安全可靠，適用性強，彌補了剛性聯(lián)接認銷困難、安裝成功率低、內(nèi)應(yīng)力大等不足，既提高了裝配效率又起到了保護產(chǎn)品工件質(zhì)量的作用，避免在自動化過程中劃傷工件，保護機器人內(nèi)部環(huán)節(jié)不受損傷，確保了產(chǎn)品裝配質(zhì)量，大大提高了六軸機器人、機械手臂的使用壽命，保證了機器人的裝配精度，同時也緩解了對工件加工精度的要求，對設(shè)備的部件裝配精度也降低了要求，此結(jié)構(gòu)應(yīng)用可以在動力總成自動化裝配線上得到大量的應(yīng)用，同時可以把此應(yīng)用推廣到其他的自動化裝配領(lǐng)域中，比如新能源電池PACK線，3C攝像頭模組自動化裝配等領(lǐng)域。其大批量推廣應(yīng)用后，必將產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益及積極的社會效益。

參考文獻

[1] 成大先，王德夫等.機械設(shè)計手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2] 金振華等.組合機床及其調(diào)整和使用[M].機械工業(yè)出版社，1990.

[3] 王凡等.實用機械制造工藝設(shè)計手冊[M].北京機械工業(yè)出版社， 2008.

[4] 劉巽爾編著.形狀和位置公差[M].北京中國標準出版社，1990.

[5] 林約利等.簡明金屬熱處理手冊[M].上海科學(xué)技術(shù)出版社，1987.

[6] 金振華等.組合機床及其調(diào)整和使用[M].機械工業(yè)出版社，1990.

[7] 戴曙等.金屬切削機床設(shè)計[M].機械工業(yè)出版社，1990.