汽車焊接線多車型搬運(yùn)設(shè)備的設(shè)計(jì)

焦安強(qiáng)，伍力，張俊

（1.瑞松北斗汽車裝備有限公司，廣東 廣州 510760；2.東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 211189）

汽車焊接線多車型搬運(yùn)設(shè)備的設(shè)計(jì)

焦安強(qiáng)1，伍力2，張俊1

（1.瑞松北斗汽車裝備有限公司，廣東 廣州 510760；2.東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 211189）

汽車生產(chǎn)中焊接裝配是一個重要環(huán)節(jié)，焊裝時(shí)需要對車身進(jìn)行搬運(yùn)。當(dāng)更換車型時(shí)，需要對搬運(yùn)設(shè)備做相應(yīng)的調(diào)整，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為適應(yīng)多車型的柔性制造方式，文章設(shè)計(jì)了一種用于汽車生產(chǎn)焊裝線的基于多車型的搬運(yùn)設(shè)備。包括搬運(yùn)設(shè)備的托架機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)和舉升機(jī)構(gòu)，文章闡述了設(shè)備如何適應(yīng)多車型車身長度、高度和寬度，實(shí)現(xiàn)在更換車型時(shí)搬運(yùn)設(shè)備便捷地做出相應(yīng)的調(diào)整。

焊接生產(chǎn)線；搬運(yùn)設(shè)備；多車型

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-83-03

引言

汽車自問世以來給世界帶來了巨大的變化。當(dāng)今的汽車，已與人們的生產(chǎn)和生活息息相關(guān)。汽車工業(yè)已成為全球性的支柱產(chǎn)業(yè)。作為汽車上三大部件之一的車身的加工，已越來越受到重視。轎車、客車的車身的重量占整車的40%—60%，貨車車身也達(dá)20—30%，從制造成本上，車身的加工成本占整車的百分比比上述百分比還要高[1-2]，而且隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和物質(zhì)生活水平的提高，人們汽車質(zhì)量的要求越來越高，汽車更新?lián)Q代也越來越快。近年來，車身技術(shù)發(fā)展迅猛，己成為世界汽車工業(yè)激烈競爭的焦點(diǎn)。

汽車車身不同于一般的機(jī)械產(chǎn)品。車身設(shè)計(jì)與制造需要綜合運(yùn)用造型藝術(shù)、人機(jī)工程、材料學(xué)、沖壓、焊接、涂漆、裝飾、防振隔音、采暖通風(fēng)等各方面的知識[3]。因此，車身技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r足以反映出一個國家的工業(yè)水平。我國的汽車制造業(yè)起步較晚，當(dāng)前的汽車制造技術(shù)還比較落后，要提高我國的汽車工業(yè)水平，車身制造技術(shù)是其中重要的一部分。

汽車的車身一般由各個車身分總成焊接構(gòu)成，焊裝是轎車生產(chǎn)四大工序之一，焊裝工藝和設(shè)備的水平對車身質(zhì)量有著十分重要的影響[4-6]。在現(xiàn)有的技術(shù)當(dāng)中，很多焊裝生產(chǎn)線都采用了機(jī)器人進(jìn)行車身焊裝。汽車車身一般包括頂蓋總成、側(cè)圍總成及地板總成，側(cè)圍總成包括有門檻總成。各總成焊裝前，需要把裝在料架上的總成吊運(yùn)到焊裝生產(chǎn)線并放到車身本體上，經(jīng)人工調(diào)整定位后，由焊接工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行焊接[7-8]，在這過程當(dāng)中，針對不同車型，如何方便、高效地調(diào)整定位調(diào)整，使焊裝質(zhì)量穩(wěn)定，成為亟待解決的問題。

汽車車身或者地板總成在具備一定剛性的前提下，需要一種設(shè)備能實(shí)現(xiàn)規(guī)劃柔性多車型線體的搬運(yùn)設(shè)備。目前國內(nèi)大部分的技術(shù)停留在單車型的專用設(shè)備[9-10]來實(shí)現(xiàn)此功能，此設(shè)備對于車型切換比較費(fèi)時(shí)，不適于多車型柔性生產(chǎn)[11]，滿足不了汽車廠的需求，其他一些技術(shù)運(yùn)用打點(diǎn)機(jī)器人進(jìn)行兼顧搬運(yùn)方式存在機(jī)器人等待得問題?；谝陨蠁栴}急需一種裝置來解決以上技術(shù)不足。

本文設(shè)計(jì)了一種可以適合于不同車型的車身搬運(yùn)設(shè)備。該設(shè)備能夠方便地對車身各總成的長度、寬度和高度進(jìn)行調(diào)整，從而可以適應(yīng)多種車型。

1、搬運(yùn)設(shè)備機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的多車型搬運(yùn)設(shè)備由軌道架、托架機(jī)構(gòu)、舉升機(jī)構(gòu)、軌道電機(jī)和軌道齒輪幾個部分構(gòu)成。如圖1所示。

圖1 搬運(yùn)設(shè)備整體結(jié)構(gòu)

為了清楚表達(dá)結(jié)構(gòu)，圖1對整個結(jié)構(gòu)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮喕?，刪除了一些附件，如拖鏈等。如圖1所示，本搬運(yùn)設(shè)備整體由兩個平行軌道架構(gòu)成，舉升機(jī)構(gòu)安裝在軌道架上，通過電機(jī)驅(qū)動，可以沿著軌道架移動。打點(diǎn)焊裝機(jī)器人沿軌道架布置，當(dāng)舉升機(jī)構(gòu)帶動工件沿軌道架移動時(shí)，打點(diǎn)焊裝機(jī)器人對工件進(jìn)行焊裝。舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)使得本設(shè)備可以適應(yīng)多車型。

1.1 托架機(jī)構(gòu)

本設(shè)備中，托架機(jī)構(gòu)共有四個，分為前側(cè)托架和后側(cè)托架兩組，分別稱之為第一托架、第二托架、第三托架和第四托架。如圖2所示。第一托架和第二托架相對設(shè)置，第三托架和第四托架相對設(shè)置。第一托架和第三托架分列舉升裝置兩側(cè)，第二托架和第三托架分列舉升裝置兩側(cè)。

圖2 舉升托架機(jī)構(gòu)

托架機(jī)構(gòu)安裝在舉升機(jī)構(gòu)伸出的平臺上。此平臺可以在電機(jī)的驅(qū)動下垂直升降，第一托架和第二托架結(jié)構(gòu)相同，包含有夾緊臂、支撐塊、擺動氣缸等機(jī)構(gòu)，第三托架和第四托架在第一托架和第二托架的基礎(chǔ)上安裝有行走機(jī)構(gòu)，可以在平臺上沿軌道架方向移動。由于托架位置可移動，所以托架可以適應(yīng)不同車型。

托架的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 托架機(jī)構(gòu)（帶行走機(jī)構(gòu)）

第一托架機(jī)構(gòu)和第二托架機(jī)構(gòu)均包括夾緊臂、支撐塊和擺動氣缸，支撐塊固定在夾緊臂的頂端部，擺動氣缸的活塞桿通過氣缸連接頭與夾緊臂相鉸接，擺動氣缸推動夾緊臂擺動，其中夾緊臂的底部鉸接在舉升托架機(jī)構(gòu)上以及擺動氣缸固定在舉升托架機(jī)構(gòu)而兩者不隨行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動，支撐塊的支撐面上設(shè)有間隔排列的用于適應(yīng)工件不同寬度的定位溝槽。

圖4 行走機(jī)構(gòu)

夾緊臂與擺動氣缸通過角鐵安裝在行走機(jī)構(gòu)上，角鐵上安裝有轉(zhuǎn)軸孔，夾緊臂通過轉(zhuǎn)軸安裝在角鐵上。擺動氣缸缸體固定在角鐵尾部，氣缸可以通過尾部的轉(zhuǎn)軸擺動。

支撐塊的支撐面上加工有鋸齒形溝槽，且在一側(cè)安裝有工件放置用的導(dǎo)向塊，在支撐面的另一側(cè)安裝有限位桿，在限位桿處安裝有限位開關(guān)。

行走機(jī)構(gòu)如圖4所示。

行走機(jī)構(gòu)安裝在安裝板上，行走機(jī)構(gòu)包括固定板、行走伺服馬達(dá)、行走齒輪和行走直線導(dǎo)軌以及安裝板，行走直線導(dǎo)軌安裝在固定板與安裝板之間，行走伺服馬達(dá)、行走齒輪設(shè)在安裝板的一端，行走伺服馬達(dá)與行走齒輪連接，所述固定板設(shè)有板頂面、板底面、兩個端面和兩側(cè)的側(cè)面，固定板一端部的頂面設(shè)有搬運(yùn)裝備的托塊機(jī)構(gòu)的安裝位，固定板另一端部的一個側(cè)面安裝有與行走齒輪嚙合的行走齒條，行走伺服馬達(dá)驅(qū)動行走齒輪轉(zhuǎn)動，固定板通過行走直線導(dǎo)軌在安裝板上移動。由于采用了伺服馬達(dá)、行走齒輪及行走齒條的結(jié)構(gòu)，故能夠?qū)ν袎K機(jī)構(gòu)作出準(zhǔn)確而又穩(wěn)定的定位調(diào)整，而且結(jié)構(gòu)緊湊，控制精確，行走穩(wěn)定。

1.2 舉升機(jī)構(gòu)

舉升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖5所示。舉升機(jī)構(gòu)包括舉升固定平臺、舉升可動平臺、驅(qū)動裝置、垂直設(shè)置的舉升直線導(dǎo)軌，舉升可動平臺通過舉升直線導(dǎo)軌安裝在舉升固定平臺上，驅(qū)動裝置與舉升可動平臺連接，舉升可動平臺在驅(qū)動裝置的驅(qū)動下通過齒輪齒條傳動在舉升固定平臺上作舉升垂直運(yùn)動，在舉升固定平臺上設(shè)有舉升可動平臺的鎖緊機(jī)構(gòu)。

圖5 舉升機(jī)構(gòu)

舉升固定平臺固定在軌道架上，固定平臺上安裝有齒條，可動平臺與固定平臺通過垂直的導(dǎo)軌連接。驅(qū)動裝置安裝在可動平臺上，齒輪與安裝在固定平臺的齒條嚙合，由此，可動平臺可以沿著導(dǎo)軌垂直運(yùn)動?？蓜悠脚_兩側(cè)設(shè)計(jì)有用于安裝托架的平臺，則托架隨著舉升機(jī)構(gòu)垂直運(yùn)動。

2、驅(qū)動與控制系統(tǒng)

本設(shè)備需要驅(qū)動的部件有：

1）舉升機(jī)構(gòu)。舉升機(jī)構(gòu)驅(qū)動托架平臺垂直運(yùn)動，以適應(yīng)不同車型的高度。

2）行走機(jī)構(gòu)。行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動托架安裝平臺沿軌道架方向運(yùn)動，以適應(yīng)不同車型的長度。

3）軌道架。軌道架驅(qū)動整個舉升托架機(jī)構(gòu)沿著軌道架移動，以配合不同位置的焊裝機(jī)器人進(jìn)行焊裝。

根據(jù)上述需求，采用伺服電機(jī)驅(qū)動。伺服電機(jī)配合齒輪齒條傳動，定位精度高，同時(shí)設(shè)置超程保護(hù)裝置，使得運(yùn)行更加可靠。

本設(shè)備需要跟焊裝機(jī)器人以及焊接夾具進(jìn)行協(xié)同作業(yè)，因此該舉升依據(jù)各個車型車高方向的不同狀況進(jìn)行協(xié)同作業(yè)。新車型導(dǎo)入時(shí)，可依據(jù)車身進(jìn)行示教調(diào)試編制PLC程序，以適應(yīng)不同車型，節(jié)省了調(diào)整設(shè)備的時(shí)間，提高了裝配效率。

3、結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種適用于多車型的工件搬運(yùn)設(shè)備，分別介紹了其托架機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)和舉升機(jī)構(gòu)，由于各個部分均是可以調(diào)節(jié)位置的，因此設(shè)備可以適應(yīng)不同車型。各機(jī)構(gòu)驅(qū)動采用伺服電機(jī)通過齒輪齒條來驅(qū)動，定位精度高。同時(shí)采用PLC控制，導(dǎo)入新車型時(shí)，通過PLC示教，快速調(diào)整各部件位置以適應(yīng)不同車型。本設(shè)備提高裝配線上焊裝時(shí)更換車型的效率，提高了整體工作效率。

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The Design of Handing Equipment for Multiple Vehicle Automotive Welding Line

JiaoAnqiang1, WuLi2, ZhangJun1
( 1.Guangzhou RISONG HOKUTO AutomotiveEquipmentCo., LTD.,GuangdongGuangzhou510760; 2.School of Mechanical Engineering, South East University, Jiangsu Nanjing 211189 )

Welding assembly is an important part of the vehicle production, the body of the vehicle needs to be transported during the process of welding.When the kind of vehicle changes, the handling equipment needs to make the appropriate adjustments. To meet way of flexible manufacturing model, this paper is designed kind of handling equipment for multiple vehicle in welding automobile production line. Includes a carriage mechanism handling equipment, running mechanism and lifting mechanism to explain how to adapt the equipment Multiple Vehicle body length, height and width, and enables easy handling equipment to make corresponding adjustments when changing the king of vehicle.

welding production line; handling equipment; multiple vehicle

U462.1

A

1671-7988(2016)07-83-03

焦安強(qiáng)，現(xiàn)任廣州瑞松北斗汽車裝備有限公司副總經(jīng)理。從事高端裝備制造領(lǐng)域研發(fā)與銷售12年，2014年擔(dān)任廣州市新業(yè)態(tài)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，2015年擔(dān)任廣東省工程中心建設(shè)負(fù)責(zé)人。其間多項(xiàng)發(fā)明專利獲得授權(quán)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.026