全自动组装工艺在汽车座椅滑轨组装中的应用

冯锦超

[摘    要]随着中国人工成本的上涨，全自动组装在大型多工位生产线中占有重要地位。重点研究了汽车座椅滑轨从冲压单品到组装完成的制造过程，生产线主要采用了三菱Q308B系列PLC进行主控与IAI伺服电缸执行器的通信连接及相关硬件和软件的设计。全自动组装的应用不仅实现了人员成本的降低，而且极大地提高了生产节奏，变得更加灵活和智能化。

[关键词]全自动组装;三菱Q308B系列PLC;伺服电缸;影像系统

[中图分类号]TD528.1 [文献标志码]A [文章编号]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，中国汽车行业飞速发展，不仅成为汽车消费大国更是汽车生产大国。滑轨是汽车座椅的核心部件，大多由多岗位加半自动组装生产线加工而成，随着中国劳动力成本的上涨，加工成本增加，且人工组装品质风险高，显然不能满足将来发展的需求。全自动组装工艺将在今后的汽车生产加工中得到广泛应用。

1 汽车座椅滑轨的分类及构成

汽车座椅按其性能要求不同一般分为电动座椅及手动座椅，与其搭配的为手动滑轨及电动滑轨。价格低廉的汽车一般配备手动滑轨，其忧点主要是成本低廉，缺点是只能靠手动调节实现且调节的精确度较差。电动滑轨成本较高且品质性能要求严格，但其调节方便，且调节精度高，有较高的舒适性。

2 汽车座椅滑轨零部件冲压工艺简介

因为滑轨是座椅的重要金属部分或可调节部分，所以它必须具有汽车制造工艺的特点。

冲制滑轨是生产滑轨的起点，设备一般采用连续冲床和自动送料机组合进行冲制，目前先进的连续冲压工艺速度基本能达到SPM60的水平，其特点是投资大，生产能力强。模具方面结合着冲压机的能力进行分步骤加工，其过程包括弯曲、冲孔、成型、切边等子工序。滑轨根据制品的要求有不同的模具布局及冲压工程数，常见的连续冲（压），8连冲，9连冲，7连冲。滑轨采用的材料考虑到滑轨的强度和重量（为了节省能源），大多是由高强度钢构成的;一般的拉伸强度在500 MPa以上，有些还可以达到900 MPa，目前日本最高强度的采用1 108 MPa。板厚为1.20～2.00 mm。为了确保滑轨成型及后续焊接装配质量的稳定，材料特性的控制非常重要，高强度钢板也可在国内生产，但其材料特性的稳定性跟国外相比还有较大差距。

3 汽车座椅滑轨组装工艺介绍

如图1所示，座椅滑轨从结构上可拆分为上滑轨、下滑轨、传动滚珠条及解锁机构等，下滑轨与车体通过螺丝紧固连接，为固定不动部位。上滑轨通过滚珠与下滑轨做相对滑动，上下滑轨滑动时依靠锁止支架及弹簧对滑轨进行锁止。上滑轨一般通过点焊把3～5个螺栓点焊在上滑轨上与座椅的上部进行连接。同时考虑到美观性，滑轨前后会安装装饰用护壳。

4 汽车座椅滑轨全自动组装生产线构成

整条生产线采用直线布局，生产线节拍13s，生产线整体分四段15个工程，如图2所示。

（段一）为上滑轨的自动上料、螺栓的自动供给及螺栓焊接工程，ST01工程上滑轨自动上料供给采用传送带传送托盘方式，可设置4层高4托盘长方式，1托盘并列放置10条上滑轨，再利用IAI三轴伺服电缸把滑轨搬运到主线的定位传送装置上。ST02工程为螺栓点焊工程，分别对4个螺栓进行自动点焊焊接，螺栓可采用震动盘方式实现自动供给并利用IAI三轴伺服电缸搬运到焊接部位进行自动焊接。（段二）为解锁支架，弹簧自动供给及组装，ST03-05解锁支架及弹簧均可采用震动供给方式实现自动供给，供给到指定位置同样可采取三轴伺服电缸进行搬运并完成上滑轨的装入。完成后再向后工程进行搬运。（段三）为下滑轨自动供给、涂油、上下滑轨合体、滚珠条的插入等;ST06-07下滑轨的自动供给可同样采用上述托盘的供给方式;滚珠通过漏斗形式实现供给，并通过气缸压入到滚珠条内，考虑到滚珠可能会出现漏压入的情况，此工程可利用感应器对滚珠压入的数量进行计算，滚珠条的正反可采用影像系统进行正误判别。ST08-10在上下滑轨滚珠条的接触面进行涂油，并完成滚珠条的插入，插入时通过测力感应器判别插入过程中的荷重，以确保插入后的滚珠条是正常完好状态。（段四）为铆接、激光刻印打码、护壳插入工程及最后的自动完成品排出。ST11-12铆接工程可采用油压系统实现铆接，激光刻印采用基因士激光刻印机进行二维码的刻印。ST13-15前后护壳插入工程同样可用震动盘方式对树脂护壳进行自动供给，插入时通过三轴伺服电缸的精确定位实现插入，并通过对伺服放大器的电流监控，实现对树脂护壳插入过程中的品质监控。最后完成品通过伺服电缸及传送带排出。

5 电控系统设计

5.1 硬件和通信的设计

主控柜采用三菱Q308B系列PLC进行主控，并通过845通信模块实现每段的通信及控制。输入模块捕捉所有类型的信号（如接近开关感应信号、表面传感器信号、光保护信号、气缸磁性开关、压力开关、影像系统等），输出模块控制全自动组装的每个气缸驱动（如夹持气缸、轮毂气缸电磁阀等），现场总线用845网络端口连接PLC和伺服放大器，以控制各个搬运机构插入动作的伺服电缸，并由电源电缆和编码器电缆连接伺服电机的伺服驱动器，伺服电机是全自动组装控制系统的核心。

5.2 软件系统设计及触摸屏的实现

控制方面采用三菱PLC编程软件GX Work2对控制程序进行编辑，考虑到生产线控制复杂，编程也采用分段方式分为4段控制。程序主要分为两部分：手动控制和自动控制。对IAI伺服电缸，用伺服电缸电机的绝对值编码，它可以精确定位，而且不必归零，当电源关闭后，再重新打开就可以。对固定参数包括伺服电机的运行、标准扭矩、标准转速、正负设定等进行相应的编程，将全自动组装的动作过程编写相应的程序。在手动控制中，操作器的装料位置、零点位置和作业位置被校准。因此在定位过程中手动将电缸推到指定的位置，并通过程序记住这三个位置，使这三个位置是固定的。在实际操作过程中可以擦除一个变化的记忆并重新校准位置，在此基础上必须调整到生产的转速和扭矩，才能将路径调整到自动控制的水平。自动控制是为上述程序设置条件的方法，即当PLC发出的命令被触发时，例如安全状态正常、伺服电机在允许范围内等。所有运动程序都可以用IAI伺服调节器的手编器进行编写，它不需要用PLC编写编程软件，灵活性非常好，且用户界面非常详细。人机交换方面采用的是Proface的触模屏，并使用GP-Pro EX的编辑软件进行画面的编辑。整体页面分为自动主页面、手动页面、生产信息页面、维修画面等。通过页面操作可简单实现全自动组装机的生产情报输入、生产信息读取、异常信息提示、各动作机构感应器状态等;同时也可进行手动、自动等控制，如手动微动操作、伺服电缸的正反转、快速和慢速等;也可以切换到其他操作面，如荷重测定的控制界面及具体某个升降缸和夹紧缸等。操作面可以说是非常舒适的，使操作人员在触摸屏上一目了然地看到整个生产线的动态，监控整个生产线，并进行操作。这也是智能生产线的一部分。

6 结束语

伺服电缸、各种压力传感器、影像系统是自动控制的根本，使该生产线实现了全自动、高智能的飞跃，对未来汽车座椅导轨的生产具有很好的借鉴意义。该线以三菱PLC为控制核心，结合伺服系统和触摸屏技术，使电气控制达到前所未有的完美和可靠的安全水平，并在编程方面突破了以前只能用PLC编程软件编程的局面。

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