汽车焊接线多车型搬运设备的设计

2016-12-20 18:28郭涛
中国科技博览 2016年25期
关键词:设计

郭涛

[摘 要]随着客户需求及市场划分的不断细化,针对不同的客户群体,需要开发不同承载吨位及尺寸大小的车身结构。焊装生产线需要适用不同车型的生产要求,白车身焊装生产系统相比于涂装和总装生产系统来说,其刚性更强,适应多车型混线生产的难度大,因此如何使开发的焊接生产线满足不同产品的共线生产需求的柔性解决方案成为国内外汽车制造业重点研究的课题。为适应多车型的柔性制造方式,文章设计了一种用于汽车生产焊装线的基于多车型的搬运设备。

[关键词]汽车焊接线;多车型搬运设备;设计

中图分类号:U468.2 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)25-0098-01

汽车的车身一般由各个车身分总成焊接构成,焊装是轿车生产四大工序之一,焊装工艺和设备的水平对车身质量有着十分重要的影响。在现有的技术当中,很多焊装生产线都采用了机器人进行车身焊装。汽车车身一般包括顶盖总成、侧围总成及地板总成,侧围总成包括有门槛总成。各总成焊装前,需要把装在料架上的总成吊运到焊装生产线并放到车身本体上,经人工调整定位后,由焊接工业机器人进行焊接,在这过程当中,针对不同车型,如何方便、高效地调整定位调整,使焊装质量稳定,成为亟待解决的问题。

一、汽车焊接线概述

在汽车制造的冲压、焊接、涂装和总装四大工艺流程中,焊接工艺环节就是将各零部件拼焊成型一个车体,焊接车身质量要求极其严格,车身骨架精度不仅决定着车身牢固程度以保证安全性,也对后道装配工序有着至关重要的影响,磕碰划伤变形等也会影响车身的美观。由于零部件多,工艺流程复杂,易出现异常问题,为保证线体产品质量,除了对人员技能和零部件质量要求很高以外,对焊接工艺装备精度也提出了很高的要求。另外,焊接装备价格昂贵,为了降低装备成本并能制造更多车型,一条线体生产多个车型的柔性化生产也是大势所趋。

二、汽车焊接线多车型搬运设备设计

(一)搬运设备机构设计

本文所设计的多车型搬运设备由轨道架、托架机构、举升机构、轨道电机和轨道齿轮几个部分构成。如图1所示。

为了清楚表达结构,图1对整个结构进行了适当的简化,删除了一些附件,如拖链等。如图 1 所示,本搬运设备整体由两个平行轨道架构成,举升机构安装在轨道架上,通过电机驱动,可以沿着轨道架移动。打点焊装机器人沿轨道架布置,当举升机构带动工件沿轨道架移动时,打点焊装机器人对工件进行焊装。举升机构的设计使得本设备可以适应多车型。

(二)托架机构

本设备中,托架机构共有四个,分为前侧托架和后侧托架两组,分别称之为第一托架、第二托架、第三托架和第四托架。第一托架和第二托架相对设置,第三托架和第四托架相对设置。第一托架和第三托架分列举升装置两侧,第二托架和第三托架分列举升装置两侧。托架机构安装在举升机构伸出的平台上。此平台可以在电机的驱动下垂直升降,第一托架和第二托架结构相同,包含有夹紧臂、支撑块、摆动气缸等机构,第三托架和第四托架在第一托架和第二托架的基础上安装有行走机构,可以在平台上沿轨道架方向移动。由于托架位置可移动,所以托架可以适应不同车型。

第一托架机构和第二托架机构均包括夹紧臂、支撑块和摆动气缸,支撑块固定在夹紧臂的顶端部,摆动气缸的活塞杆通过气缸连接头与夹紧臂相铰接,摆动气缸推动夹紧臂摆动,其中夹紧臂的底部铰接在举升托架机构上以及摆动气缸固定在举升托架机构而两者不随行走机构运动,支撑块的支撑面上设有间隔排列的用于适应工件不同宽度的定位沟槽。

夹紧臂与摆动气缸通过角铁安装在行走机构上,角铁上安装有转轴孔,夹紧臂通过转轴安装在角铁上。摆动气缸缸体固定在角铁尾部,气缸可以通过尾部的转轴摆动。支撑块的支撑面上加工有锯齿形沟槽,且在一侧安装有工件放置用的导向块,在支撑面的另一侧安装有限位杆,在限位杆处安装有限位开关。

行走机构安装在安装板上,行走机构包括固定板、行走伺服马达、行走齿轮和行走直线导轨以及安装板,行走直线导轨安装在固定板与安装板之间,行走伺服马达、行走齿轮设在安装板的一端,行走伺服马达与行走齿轮连接,所述固定板设有板顶面、板底面、两个端面和两侧的侧面,固定板一端部的顶面设有搬运装备的托块机构的安装位,固定板另一端部的一个侧面安装有与行走齿轮啮合的行走齿条,行走伺服马达驱动行走齿轮转动,固定板通过行走直线导轨在安装板上移动。由于采用了伺服马达、行走齿轮及行走齿条的结构,故能够对托块机构作出准确而又稳定的定位调整,而且结构紧凑,控制精确,行走稳定。

(三)举升机构

举升机构包括举升固定平台、举升可动平台、驱动装置、垂直设置的举升直线导轨,举升可动平台通过举升直线导轨安装在举升固定平台上,驱动装置与举升可动平台连接,举升可动平台在驱动装置的驱动下通过齿轮齿条传动在举升固定平台上作举升垂直运动,在举升固定平台上设有举升可动平台的锁紧机构。

举升固定平台固定在轨道架上,固定平台上安装有齿条,可动平台与固定平台通过垂直的导轨连接。驱动装置安装在可动平台上,齿轮与安装在固定平台的齿条啮合,由此,可动平台可以沿着导轨垂直运动。可动平台两侧设计有用于安装托架的平台,则托架随着举升机构垂直运动。

(四)驱动与控制系统

本设备需要驱动的部件有:(1)举升机构。举升机构驱动托架平台垂直运动,以适应不同车型的高度。(2)行走机构。行走机构驱动托架安装平台沿轨道架方向运动,以适应不同车型的长度。(3)轨道架。轨道架驱动整个举升托架机构沿着轨道架移动,以配合不同位置的焊装机器人进行焊装。 根据上述需求,采用伺服电机驱动。伺服电机配合齿轮齿条传动,定位精度高,同时设置超程保护装置,使得运行更加可靠。本设备需要跟焊装机器人以及焊接夹具进行协同作业,因此该举升依据各个车型车高方向的不同状况进行协同作业。新车型导入时,可依据车身进行示教调试编制 PLC 程序,以适应不同车型,节省了调整设备的时间,提高了装配效率。

总之,本文设计了一种适用于多车型的工件搬运设备,分别介绍了其托架机构、行走机构和举升机构,由于各个部分均是可以调节位置的,因此设备可以适应不同车型。各机构驱动采用伺服电机通过齿轮齿条来驱动,定位精度高。同时采用PLC 控制,导入新车型时,通过 PLC 示教,快速调整各部件位置以适应不同车型。本设备提高装配线上焊装时更换车型的效率,提高了整体工作效率。

参考文献

[1]陈伟宗.Profibus-DP现场总线在汽车焊接线中的运用研究[J].机电信息,2011,24

[2]吴翠.对汽车车身焊接的智能化和自动化分析[J].科技风,2015,22

[3]阮冬.柔性自适应汽车焊装夹具的研制[D].东华大学,2008

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