全自動組裝工藝在汽車座椅滑軌組裝中的應用

馮錦超

[摘 ? ?要]隨著中國人工成本的上漲，全自動組裝在大型多工位生產線中占有重要地位。重點研究了汽車座椅滑軌從沖壓單品到組裝完成的制造過程，生產線主要采用了三菱Q308B系列PLC進行主控與IAI伺服電缸執行器的通信連接及相關硬件和軟件的設計。全自動組裝的應用不僅實現了人員成本的降低，而且極大地提高了生產節奏，變得更加靈活和智能化。

[關鍵詞]全自動組裝;三菱Q308B系列PLC;伺服電缸;影像系統

[中圖分類號]TD528.1 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–00–02

[Abstract]With the increase of labor cost in China， automatic assembly plays an important role in large multi position production line. This paper focuses on the manufacturing process of automobile seat slide rail from stamping single product to assembly. Mitsubishi q308b series PLC is mainly used in the production line for communication connection between master control and IAI servo cylinder actuator， as well as the design of related hardware and software. The application of automatic assembly not only realizes the reduction of personnel cost， but also greatly improves the production rhythm and becomes more flexible and intelligent.

[Keywords]automatic assembly; Mitsubishi q308b series PLC; servo cylinder; image system

近年來，中國汽車行業飛速發展，不僅成為汽車消費大國更是汽車生產大國。滑軌是汽車座椅的核心部件，大多由多崗位加半自動組裝生產線加工而成，隨著中國勞動力成本的上漲，加工成本增加，且人工組裝品質風險高，顯然不能滿足將來發展的需求。全自動組裝工藝將在今后的汽車生產加工中得到廣泛應用。

1 汽車座椅滑軌的分類及構成

汽車座椅按其性能要求不同一般分為電動座椅及手動座椅，與其搭配的為手動滑軌及電動滑軌。價格低廉的汽車一般配備手動滑軌，其憂點主要是成本低廉，缺點是只能靠手動調節實現且調節的精確度較差。電動滑軌成本較高且品質性能要求嚴格，但其調節方便，且調節精度高，有較高的舒適性。

2 汽車座椅滑軌零部件沖壓工藝簡介

因為滑軌是座椅的重要金屬部分或可調節部分，所以它必須具有汽車制造工藝的特點。

沖制滑軌是生產滑軌的起點，設備一般采用連續沖床和自動送料機組合進行沖制，目前先進的連續沖壓工藝速度基本能達到SPM60的水平，其特點是投資大，生產能力強。模具方面結合著沖壓機的能力進行分步驟加工，其過程包括彎曲、沖孔、成型、切邊等子工序。滑軌根據制品的要求有不同的模具布局及沖壓工程數，常見的連續沖（壓），8連沖，9連沖，7連沖。滑軌采用的材料考慮到滑軌的強度和重量（為了節省能源），大多是由高強度鋼構成的;一般的拉伸強度在500 MPa以上，有些還可以達到900 MPa，目前日本最高強度的采用1 108 MPa。板厚為1.20～2.00 mm。為了確保滑軌成型及后續焊接裝配質量的穩定，材料特性的控制非常重要，高強度鋼板也可在國內生產，但其材料特性的穩定性跟國外相比還有較大差距。

3 汽車座椅滑軌組裝工藝介紹

如圖1所示，座椅滑軌從結構上可拆分為上滑軌、下滑軌、傳動滾珠條及解鎖機構等，下滑軌與車體通過螺絲緊固連接，為固定不動部位。上滑軌通過滾珠與下滑軌做相對滑動，上下滑軌滑動時依靠鎖止支架及彈簧對滑軌進行鎖止。上滑軌一般通過點焊把3～5個螺栓點焊在上滑軌上與座椅的上部進行連接。同時考慮到美觀性，滑軌前后會安裝裝飾用護殼。

4 汽車座椅滑軌全自動組裝生產線構成

整條生產線采用直線布局，生產線節拍13s，生產線整體分四段15個工程，如圖2所示。

（段一）為上滑軌的自動上料、螺栓的自動供給及螺栓焊接工程，ST01工程上滑軌自動上料供給采用傳送帶傳送托盤方式，可設置4層高4托盤長方式，1托盤并列放置10條上滑軌，再利用IAI三軸伺服電缸把滑軌搬運到主線的定位傳送裝置上。ST02工程為螺栓點焊工程，分別對4個螺栓進行自動點焊焊接，螺栓可采用震動盤方式實現自動供給并利用IAI三軸伺服電缸搬運到焊接部位進行自動焊接。（段二）為解鎖支架，彈簧自動供給及組裝，ST03-05解鎖支架及彈簧均可采用震動供給方式實現自動供給，供給到指定位置同樣可采取三軸伺服電缸進行搬運并完成上滑軌的裝入。完成后再向后工程進行搬運。（段三）為下滑軌自動供給、涂油、上下滑軌合體、滾珠條的插入等;ST06-07下滑軌的自動供給可同樣采用上述托盤的供給方式;滾珠通過漏斗形式實現供給，并通過氣缸壓入到滾珠條內，考慮到滾珠可能會出現漏壓入的情況，此工程可利用感應器對滾珠壓入的數量進行計算，滾珠條的正反可采用影像系統進行正誤判別。ST08-10在上下滑軌滾珠條的接觸面進行涂油，并完成滾珠條的插入，插入時通過測力感應器判別插入過程中的荷重，以確保插入后的滾珠條是正常完好狀態。（段四）為鉚接、激光刻印打碼、護殼插入工程及最后的自動完成品排出。ST11-12鉚接工程可采用油壓系統實現鉚接，激光刻印采用基因士激光刻印機進行二維碼的刻印。ST13-15前后護殼插入工程同樣可用震動盤方式對樹脂護殼進行自動供給，插入時通過三軸伺服電缸的精確定位實現插入，并通過對伺服放大器的電流監控，實現對樹脂護殼插入過程中的品質監控。最后完成品通過伺服電缸及傳送帶排出。

5 電控系統設計

5.1 硬件和通信的設計

主控柜采用三菱Q308B系列PLC進行主控，并通過845通信模塊實現每段的通信及控制。輸入模塊捕捉所有類型的信號（如接近開關感應信號、表面傳感器信號、光保護信號、氣缸磁性開關、壓力開關、影像系統等），輸出模塊控制全自動組裝的每個氣缸驅動（如夾持氣缸、輪轂氣缸電磁閥等），現場總線用845網絡端口連接PLC和伺服放大器，以控制各個搬運機構插入動作的伺服電缸，并由電源電纜和編碼器電纜連接伺服電機的伺服驅動器，伺服電機是全自動組裝控制系統的核心。

5.2 軟件系統設計及觸摸屏的實現

控制方面采用三菱PLC編程軟件GX Work2對控制程序進行編輯，考慮到生產線控制復雜，編程也采用分段方式分為4段控制。程序主要分為兩部分：手動控制和自動控制。對IAI伺服電缸，用伺服電缸電機的絕對值編碼，它可以精確定位，而且不必歸零，當電源關閉后，再重新打開就可以。對固定參數包括伺服電機的運行、標準扭矩、標準轉速、正負設定等進行相應的編程，將全自動組裝的動作過程編寫相應的程序。在手動控制中，操作器的裝料位置、零點位置和作業位置被校準。因此在定位過程中手動將電缸推到指定的位置，并通過程序記住這三個位置，使這三個位置是固定的。在實際操作過程中可以擦除一個變化的記憶并重新校準位置，在此基礎上必須調整到生產的轉速和扭矩，才能將路徑調整到自動控制的水平。自動控制是為上述程序設置條件的方法，即當PLC發出的命令被觸發時，例如安全狀態正常、伺服電機在允許范圍內等。所有運動程序都可以用IAI伺服調節器的手編器進行編寫，它不需要用PLC編寫編程軟件，靈活性非常好，且用戶界面非常詳細。人機交換方面采用的是Proface的觸模屏，并使用GP-Pro EX的編輯軟件進行畫面的編輯。整體頁面分為自動主頁面、手動頁面、生產信息頁面、維修畫面等。通過頁面操作可簡單實現全自動組裝機的生產情報輸入、生產信息讀取、異常信息提示、各動作機構感應器狀態等;同時也可進行手動、自動等控制，如手動微動操作、伺服電缸的正反轉、快速和慢速等;也可以切換到其他操作面，如荷重測定的控制界面及具體某個升降缸和夾緊缸等。操作面可以說是非常舒適的，使操作人員在觸摸屏上一目了然地看到整個生產線的動態，監控整個生產線，并進行操作。這也是智能生產線的一部分。

6 結束語

伺服電缸、各種壓力傳感器、影像系統是自動控制的根本，使該生產線實現了全自動、高智能的飛躍，對未來汽車座椅導軌的生產具有很好的借鑒意義。該線以三菱PLC為控制核心，結合伺服系統和觸摸屏技術，使電氣控制達到前所未有的完美和可靠的安全水平，并在編程方面突破了以前只能用PLC編程軟件編程的局面。

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