座椅骨架铆接工作站的研究

摘要：汽车座椅座盆骨架旋铆工作站是Epsilon II座椅骨架项目中的关键设备。也是在国内汽车座椅项目中首次采用旋铆工艺。对于旋铆工艺及其控制，没有现成的经验可以参考。产品具有哪些关键特性，如何进行控制，如何在批量生产过程中，采用何种技术，保证产品铆接质量的稳定性，是本文研究的重点。

关键词：摆碾铆接 径向铆接 过程控制 测量系统 PID 液压伺服

Abstract: Block basin skeleton of the car seat, spin riveting workstation is the key equipment in the Epsilon II project of the seat frame.Is also the first time in the domestic car seat project, spin riveting process. Spin riveting process and its control, no prior experience can refer to. What are the key features, how to control how the mass production process, the type of technology used to ensure the stability of the product riveting quality, is the focus of this study.

Keywords: swing riveting, radial riveting, process control, measurement systems, PID, hydraulic servo.

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：概述

旋铆工艺是机械变形联结中的一种重要联接工艺。将旋铆工艺成功地应用到座椅骨架生产中去，对于提高产品质量、产品性能，提高生产效率，降低生产成本具有重要意义。

本文重点研究了旋铆工作站的整体布局、机械结构、测量系统和控制系统方案设计。以产品的产能需求为设计依据，以实现产品的生产节拍和产品的设计和质量要求为目的，确定了产品的功能要求，研究和开发了汽车座椅骨架旋铆工作站。

本文以钢管的摆碾铆接为例，在分析生产节拍、产品的特性、工艺过程和质量要求的基础上，确定了旋铆工作站整体布局，工作站整体机械结构和控制系统方案及测量系统方案。其中，PID技术和液压伺服技术的研究和采用，避免了产品开裂、铆接行程超差、防止后管与侧板联接过紧和过松等缺陷的出现，满足了产品尺寸公差和功能要求，实现了铆接行程的控制，达到了预期效果。

总之，旋铆工艺作为一种新兴的联接技术，具有无噪声、振动小，工效高、节省材料、对材料要求低，铆接表面光洁、美观等优势，有广阔的发展前景。新型旋铆工作站的设计与开发，将机械、液压、气动、电气自动控制技术结合起来，为今后汽车座椅骨架装配的发展提供了一个新方向。

0 工艺分析

工艺要求

1、产品设计要求：

a）管子端部摆碾铆接为安全特性，端部直径尺寸重要等级为1级，如图3-5所示。成型后管子端部不能有任何裂痕。而且，要求铆接头与管子端部不能产生撞击，以避免管子产生裂纹。

图3-5 后管端部尺寸特性图

b）管子端部旋铆成型后，要求侧板、衬套、管子突起部分轴向无间隙,以防止疲劳损坏和噪音的产生。如图3-6所示。

图3-6后管铆接后剖面

c）在进行座椅骨架后管铆接时，对后管的固定有特殊要求。要求设备在铆接一端时，管子的反方向要进行轴向固定，保证管子轴向无窜动，同时，还要对管子进行径向夹紧，保证管子在铆接过程中，不发生径向移动，影响铆接成型和出现安全事故。但不能卡在管子凸台端部，以免将端部压裂。后管夹紧位置及方向示意如图3-7所示。

图3-7 后管旋铆时夹紧位置示意图

2、质量控制要求：

a）要求设备有测量系统实现在铆接过程中对铆接直径的过程控制[12]，并对铆接后产品进行100％测量。另外，要求有测量校验系统定期对测量系统进行校验。

b）要求设备能够检测衬套无漏装，并能够防止侧板装错。

3、工作过程要求：

a）要有自动卸料系统。在铆接完成后，自动卸料装置自动将产品从工装内移出，使操作者可以直接进行下一件产品的装夹。从而减少操作者移动时间。 b）要能够区分不同种产品，并能够识别产品是否缺件、少件。防止工件的错装、漏装。

c） 一端铆接结束后，工装要自动将零件移动到下一个铆接位置。整个铆接过程要自动完成，铆接过程示意如图3-9的a)和b)。

d）工装夹紧时，要有双手启动；铆接过程中要有光栅保护。

4、设备能力要求：

设备能力要求是对设备能否生产出合格件

及质量稳定性的要求。设备能力分布如图3-8，

目标值是Cmk>1.67。具体计算方法如式（3-1）：

(3-1) 图3-8设备能力分布图

a)

b)

图3-9 后管铆接工作过程示意图

3.2.2前管旋铆工作站功能要求

1、产品设计要求：

a）产品控制铆接后铆钉高度在设计公差内。铆钉高度与直径关系见对照表3-1与图3-10[4]。

表3－1 旋铆后铆钉高度与铆钉直径对照表（单位：mm）

b）铆接后铆钉顶出力达到设计要求。本产品顶出力要求顶出力F≥10KN。

图3-10 铆钉尺寸

2、质量控制要求：

a）要求设备有测量系统实现在铆接过程中对铆接后铆钉高度进行进行过程控制，并对铆接后铆钉高度进行100％测量[12]。另外，要求有测量校验系统定期对测量系统进行校验。

b）铆钉铆接后表面无裂痕。

3、工作过程要求：

a）要有自动卸料系统。在铆接完成后，自动卸料装置自动将产品从工装内移出，使操作者可以直接进行下一件产品的装夹。从而减少操作者移动时间。 b）要能够区分不同种产品，并能够识别产品是否缺件、少件。防止工件的错装、漏装。

c）整个铆接过程要自动完成。

d）工装夹紧时，要有双手启动；铆接过程中要有光栅保护。

4、设备能力要求：

具体要求同3.2.1中的设备能力要求。

3.3 机械结构研究与开发

针对上一节提出的设备功能要求，结合生产节拍、设备数量和总体布局要求，进行工作站机械结构设计，来实现设备所需要的功能。

工艺方案研究

在比较机械结构方案过程中，主要依据以下5个原则：

1、 设备要能够满足产品设计和质量要求。

2、 设备结构尽量简单，不要过于复杂。

3、 设备占地面积尽量少。

4、 生产节拍尽量短。

5、 操作符合人机工程学[13]。

经过比较分析，对于后管旋铆工作站，在方案9的形式的基础上进行进一步优化，将设备简化，将夹具旋转机构改为夹具水平移动的方式，和外部机械手进行自动卸料，则既简化了设备结构，又克服了产品装卸的困难。优化后，后管旋铆工作站的机械结构方案定义为立式双头摆碾旋铆工作站（见图3-13的a和b）。工作站垂直布置，上下两个铆接单元和轴向顶出定位装置，电机与铆接机不在同一轴线上，降低了设备高度，铆接单元底座固定不移动，夹具可在水平方向左右移动，对管子进行两步铆接，通过机械手实现自动卸料装置，并配有一个预装配工作台，对各个零件进行预装，以解决一次性装件困难和生产节拍过长的问题。