一种汽车滑柱和油箱颈同时拧紧机器人设计分析

陶小亮，毛艳波

（一汽-大众汽车有限公司佛山分公司，广东 佛山528000）

1 引言

近年来，汽车厂商日益重视汽车制造业的自动拧紧设备运用。在汽车滑柱自动装配领域里，工业机器人能使装配更加智能化，降低了车企制造成本，符合当前降本增效的要求。本文以一汽-大众佛山工厂一期总装生产线滑柱和油箱颈自动拧紧为例，介绍了拧紧机器人在装配线上的应用[1]。

2 滑柱拧紧机器人的优势

2.1 滑柱拧紧机器人简介

滑柱拧紧机器人是自动化工程和机械设计工程相融合创新的科技产品，从结构层次上其可以分为负责识别于控制拧紧过程的识别控制系统和执行拧紧工作的机械结构。识别控制系统是滑动机器人的核心部分，其可以分为使用工控机操作控制的拧紧机器设备、基于可编程控制器的电动拧紧设备以及以单片机作为核心的专用控制系统的设备。滑柱拧紧机器人如图1所示。

自动拧紧零部件是拧紧枪和驱动的结合，能够实现快速拧紧工作。识别控制系统能够根据流水产线不同型号车辆配置，调用不同拧紧程序，执行设定的指令从而实现高效工作。

图1滑柱拧紧机器人

2.2 滑柱拧紧机器人的特点

稳定性高：滑柱拧紧机器人是根据预先编辑的技术代码和设定好的工作路线进行工业生产，因此其可靠性更强。滑柱机器人在工作过程中能避免拧紧变形等问题，避免了一些不必要的生产状况，使汽车的出厂质量得到进一步的提高[2]。

灵活性强：因为流水线是多车型混线生产，对其操作程序的运行方式进行修改或者重新写入，不同车型编辑不同程序，将滑柱拧紧机器人柔性匹配到不同车型的生产制造环节。

功能性多：滑柱拧紧机器人不仅可以进行滑柱拧紧还可以实现油箱颈拧紧和充电座拧紧。项目能节省单班次2名操作者，按照大众公司15万元/（年·人）的成本核算，双班制生产线一年可节省60万元，经济型极佳。纵观国企其他厂商，同时对标一汽-大众其他工厂和上汽大众工厂滑柱拧紧状态，滑柱拧紧叠加油箱颈拧紧结合，目前在国内也是首创。此外，当车间具有足够的电量并对机器进行不定期的维修保养，保持机器的正常工作，可以实现滑柱拧紧机器人24h不间歇运行，在一定程度上提高了生产效率[3]。

3 滑柱拧紧机器人的系统构成

3.1 主体机构

从稳定性和实用性的角度出发，给设备配置底座支撑，不仅能够使得滑柱拧紧设备安全地运行，还能在一定程度上满足设备的工作高度。设备主体不仅应具有足够的刚度、强度并且还要充分保证工作的灵活性能，避免设备自身出现卡顿锁死的情况。在结构设计上，应该选择合理的驱动方式，使得设备运行良好无故障。主体机构与其他各个机构相互连接、配合，协作完成装配任务。对于制造材料方面，应该充分考虑其性能要求，满足结构性能的同时选用较轻的材料。

3.2 拧紧转换机构

拧紧转换机构设计为机器人携带4根拧紧套筒，每次拧紧2颗螺栓的方式。拧紧完成滑柱后，机器人拧紧枪头退出，旋转并180°，更换另外2个拧紧枪匹配油箱颈拧紧动作。在工作中，通过设置不同的工艺参数和程序，控制机器人在垂直和水平方向的移动以及旋转角度，带动拧紧轴移动到螺栓位置，完成螺栓拧紧动作。机械拧紧结构如图2所示。

图2滑柱和油箱颈拧紧转换机构

4 滑柱拧紧机器人拧紧技术

4.1 技术要求分析

对于滑柱机器人在汽车产业现场的要求情况，对其进行如下分析：滑柱拧紧设备能够全方位转动，这就使得其在空间区域中至少有3个自由度，包括在X、Y、Z轴方向上的移动，使得其拧紧机械臂能够在空间区域的任意位置进行运动。流水线工序节拍52s，所以要求滑柱拧紧机器人在高标准的定位精度情况下还要保证响应迅速。因此，为了保证机器人能够到达这样的要求，传动方案要有足够高的运动精度[4]。

4.2 拧紧过程的控制方法

机器人拧紧工作的实质是要将需要装配的零部件的预紧力有效地控制在一定范围内。拧紧枪品牌为阿特拉斯，采用力矩和转角2种参数监控最终拧紧力矩，也是当前德系企业汽车生产线针对拧紧等级为CAT A&B类拧紧点常用的拧紧方式。

机器人在工作中需要对拧紧过程进行实时的监控，以保证拧紧力矩的准确性。监控过程根据拧紧曲线来确定工况的合格程度。其主要的方法是扭矩控制-角度监控法和转角控制-扭矩监控法。前者是当扭矩到达最终装配扭矩的范围之内时，拧紧设备降低转速缓慢进行拧紧工作，当到达最终装配的扭矩值，进行角度监控。这种方法控制精度高，且能监控零部件质量[6]。本文拧紧点采用扭矩-角度监控法。经过调试后，拧紧合格率达到99.8%，满足现场实际生产对设备可动率和拧紧合格率的要求。

5 结语

随着机器人技术在汽车制造业的广泛运用，本文巧妙设计开发出滑柱和油箱颈同时拧紧机器人，为国内首创。拧紧机器人的成本经济性和拧紧控制的可靠性，相较于人工作业，具有极大的优势。此外，随着国民经济发展的降本增效，提升生产效率成为企业竞争重要因素。本文开发的滑柱和油箱颈拧紧机器人生产线具有极强的柔性，后期对工艺参数和拧紧设备稍加更改，便可以实现对更多种类车型的拧紧作业，在汽车制造领域极具推广性。