夏凤鸣，刘 英，眭蓓蓓，房友盼

(南京林业大学机械电子工程学院，江苏南京 210037)

随着我国汽车工业的发展，车型更新日新月异，汽车的质量在不断提高。车门包边质量的好坏直接影响汽车车身的外观质量。一般汽车车门由内板总成和外板构成，内板总成主要是由车门内板、窗框、加强小件、防撞杆等件通过焊接而成。车门包边是先将内、外板扣合，然后使车门外板边缘塑性变形将内板总成的一部分边缘包住，包边量在5～15mm。有的车门包边完成后还需要采用弧焊或点焊的方法进行补焊［1－3］。

目前国内外中高档汽车门的包边方法主要有模压包边、台式机包边和机器人滚压包边。模压包边需配大型压机，造价高且占地面积大、噪声大，因此一般厂家不采用此法。台式机包边是将机电一体化技术运用于专用台式机，用于汽车门包边，结构紧凑、效率高、成本适中、质量稳定，缺点是设备专用性强，通用程度低。机器人滚压包边，是通过机器人手臂上安装的辊子进行滚压包边，其灵活性强，包边精度高，但与模压包边相比工作效率较低，因此只适用于产能要求不高的生产线［4－6］。

目前国内生产企业主要采用的是液压包边机，该机以其生产效率高、包边质量好、设备占地面积小、设备投资少、维修方便等特点成为汽车生产企业的首选。本文研究的新型包边机亦属于液压包边机。

1 包边工艺介绍

汽车门盖类零件的成形工艺主要是包边，即将汽车门盖外板的外缘部分压弯覆盖在内板上，这样不仅可以保证外观光洁，而且可以提高车门的刚度和强度。

为保证包边的质量，在包边之前会对内板进行定位，包边时一般很难将90°的翻边一步就翻折至0°，因此将包边步骤分为两步:首先是将翻边从90°翻折至45°，称之为预包边;然后再从 45°处翻折至0°并压实，称之为终包边。包边过程见表1。汽车车门包边效果如图1所示。

图1 车门包边效果图

2 新型包边机的总体结构设计

新型包边机主机主要由以下几个部分组成:举升装置、压紧定位装置、外模框、包边组件(包含预包边上模和终包边上模等)。具体结构如图2所示。

新型包边机采用龙门架式结构，龙门架固定在大底板上，其顶端设有气缸，在包边过程中由气缸驱动压紧装置对包边件内板进行定位、压紧。大底板上还固定有外模框和3个起驱动作用的油缸。底模底部和外模框之间设有导向装置，底模四周和外模框内部在接近端部的位置采用过渡配合，起到定位作用。底模在3个油缸的驱动下，通过导向装置和外模框进行限位，实现精确运动。底模的底部中心位置安装了一个气缸，以完成包边机的顶出动作。预包上模和终包上模固定在包边总成支架上，包边总成上设有驱动油缸。在预包边时，预包上模在油缸的驱动下运动，到达指定位置，底模再由固定在大底板上的3个油缸驱动上升，实现预包边。终包边的过程和预包边一样，只是参与工作的上模是终包边上模。

表1 包边工艺过程

图2 新型包边机结构示意图

相对于旧包边机而言，新型包边机在以下几个方面做了改进，见表2。

表2 新型包边机的改进内容

3 新型包边机工作原理

新型包边机采用上模块运动到位形成一个完整的型面之后再由底模托着工件向上运动的总体设计方案。工作时，首先顶出器上升到位，工人将要包边的板料放在顶出器上，顶出器下降到位，压紧定位装置下行压紧，预包边模块运动到位，底模上升完成预包边，然后底模下降，预包边模块回位，包边模块运动到位，底模再次上升完成终包边，最后底模下降，包边模块回位，压紧定位装置上行回位。

具体流程如下:

a．按下启动按钮后，顶出器上升触碰限位开关后停止，并在原位停留30s，工人将要包边的板料放在顶出器上;

b．定时结束，顶出器下降，触碰限位开关，顶出器停止下降，压紧定位装置下行;

c．压紧定位装置在下行时触碰限位开关，下行停止，预包边模块运动;

d．预包边模块触碰限位开关，运动停止，底模上升;

e．底模上升触碰限位开关，延时30s;

f．定时结束，底模下降，触碰限位开关，底模停止下行，预包边模块回到初始位置;

g．预包边模块触碰限位开关，停止运动，包边模块运动;

h．包边模块运动触碰限位开关，停止运动，底模上升;底模上升再次触碰限位开关，停止运动，定时器定时30s;

i．定时结束，底模向下运动;底模再次触碰限位开关，停止运动，包边模块回到初始位置;

j．包边模块触碰限位开关，包边模块停止运动，压紧定位装置向上运动，触碰限位开关，停止运动。

4 新型包边机的控制方案

新型包边机采用PLC对整个系统进行控制，通过获取各检测点传感器的数据，由程序进行逻辑判断，从而实现对包边机运动的实时控制。例如:顶出器下降时一旦碰到限位开关，PLC可以检测到该信号，程序会自动跳转发出指令，顶出器停止下降。

4．1 控制参数

根据控制要求，PLC有11个输入端口，分别为X0～X7，X10～X12，用于读取启动按钮以及各限位开关的开关状态;有10个输出端口，分别为Y0～Y7，Y10～Y11，用于控制各气缸、油缸的工作状态。具体分配见表3。

表3 PLCI/O端口分配表

4．2 状态转移图

状态转移图又称为顺序功能图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的图形，是设计可编程序控制器中顺序控制程序的有力工具［7］。新型包边机控制系统的状态转移图如图3所示。

图3 控制系统状态转移图

5 结束语

本文介绍了汽车车门的包边工艺，分析了新型包边机的结构与工作原理。新型包边机现已应用于北汽福田南海工厂，其加工效率为30件/h，产品合格率达到98%以上，底模型面精度达±0．1mm，零件重复定位精度达0．2mm，包边后零件重复精度0．15mm，厚度误差小于 0．3mm，零件周边尺寸误差小于±0．5mm，加工工件质量高，包边处正反面平整，无接刀产生的折皱现象，拐角部位平整严实，外沿平顺，性能稳定，成本低廉，满足了用户的工艺要求，取得了很好的经济效益和社会效益。

［1］ 邬华辉，孙跃东，周萍．汽车外覆盖件包边要求及表面质量分析［J］．制造业自动化，2012，34(7):32 －36．

［2］ 武敬伟，贾丽刚，张玉珠．某车型包边机强度分析及改进［J］．企业科技与发展，2010(22):76－80．

［3］ 程楠．基于CN100车型台式包边机的设计［J］．汽车工艺与材料，2012(10):61 －64．

［4］ 林琼，宫正军．汽车覆盖件包边机及油压机上压合模的研究［J］．汽车工艺与材料，2010(12):55 －60．

［5］ 林海，苏传庆．浅谈车身开闭件包边［J］．机械与电子，2011(19):121－122．

［6］ 艾义军，周杰．浅谈微车包边机包边机构［J］．锻压装备与制造技术，2009(4):51 －52．

［7］ 向晓汉，王宝银．三菱FX系列PLC完全精通教程［M］．北京:化学工业出版社，2012．