汽車焊接線多車型搬運設(shè)備的設(shè)計

焦安強，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)機械工程學(xué)院，江蘇 南京 211189）

汽車焊接線多車型搬運設(shè)備的設(shè)計

焦安強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)，焊裝時需要對車身進行搬運。當(dāng)更換車型時，需要對搬運設(shè)備做相應(yīng)的調(diào)整，費時費力。為適應(yīng)多車型的柔性制造方式，文章設(shè)計了一種用于汽車生產(chǎn)焊裝線的基于多車型的搬運設(shè)備。包括搬運設(shè)備的托架機構(gòu)、行走機構(gòu)和舉升機構(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，實現(xiàn)在更換車型時搬運設(shè)備便捷地做出相應(yīng)的調(diào)整。

焊接生產(chǎn)線；搬運設(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。

汽車車身不同于一般的機械產(chǎn)品。車身設(shè)計與制造需要綜合運用造型藝術(shù)、人機工程、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)線都采用了機器人進行車身焊裝。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)機器人進行焊接[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)備能實現(xiàn)規(guī)劃柔性多車型線體的搬運設(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]來實現(xiàn)此功能，此設(shè)備對于車型切換比較費時，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)運用打點機器人進行兼顧搬運方式存在機器人等待得問題。基于以上問題急需一種裝置來解決以上技術(shù)不足。

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

1、搬運設(shè)備機構(gòu)設(shè)計

本文所設(shè)計的多車型搬運設(shè)備由軌道架、托架機構(gòu)、舉升機構(gòu)、軌道電機和軌道齒輪幾個部分構(gòu)成。如圖1所示。

圖1 搬運設(shè)備整體結(jié)構(gòu)

為了清楚表達結(jié)構(gòu)，圖1對整個結(jié)構(gòu)進行了適當(dāng)?shù)暮喕瑒h除了一些附件，如拖鏈等。如圖1所示，本搬運設(shè)備整體由兩個平行軌道架構(gòu)成，舉升機構(gòu)安裝在軌道架上，通過電機驅(qū)動，可以沿著軌道架移動。打點焊裝機器人沿軌道架布置，當(dāng)舉升機構(gòu)帶動工件沿軌道架移動時，打點焊裝機器人對工件進行焊裝。舉升機構(gòu)的設(shè)計使得本設(shè)備可以適應(yīng)多車型。

1.1 托架機構(gòu)

本設(shè)備中，托架機構(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 舉升托架機構(gòu)

托架機構(gòu)安裝在舉升機構(gòu)伸出的平臺上。此平臺可以在電機的驅(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 托架機構(gòu)（帶行走機構(gòu)）

第一托架機構(gòu)和第二托架機構(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構(gòu)上以及擺動氣缸固定在舉升托架機構(gòu)而兩者不隨行走機構(gòu)運動，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 行走機構(gòu)

夾緊臂與擺動氣缸通過角鐵安裝在行走機構(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)。

行走機構(gòu)如圖4所示。

行走機構(gòu)安裝在安裝板上，行走機構(gòu)包括固定板、行走伺服馬達、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、行走齒輪設(shè)在安裝板的一端，行走伺服馬達與行走齒輪連接，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)有搬運裝備的托塊機構(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、行走齒輪及行走齒條的結(jié)構(gòu)，故能夠?qū)ν袎K機構(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 舉升機構(gòu)

舉升機構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖5所示。舉升機構(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動，在舉升固定平臺上設(shè)有舉升可動平臺的鎖緊機構(gòu)。

圖5 舉升機構(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)軌垂直運動。可動平臺兩側(cè)設(shè)計有用于安裝托架的平臺，則托架隨著舉升機構(gòu)垂直運動。

2、驅(qū)動與控制系統(tǒng)

本設(shè)備需要驅(qū)動的部件有：

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

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

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

根據(jù)上述需求，采用伺服電機驅(qū)動。伺服電機配合齒輪齒條傳動，定位精度高，同時設(shè)置超程保護裝置，使得運行更加可靠。

本設(shè)備需要跟焊裝機器人以及焊接夾具進行協(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行協(xié)同作業(yè)。新車型導(dǎo)入時，可依據(jù)車身進行示教調(diào)試編制PLC程序，以適應(yīng)不同車型，節(jié)省了調(diào)整設(shè)備的時間，提高了裝配效率。

3、結(jié)語

本文設(shè)計了一種適用于多車型的工件搬運設(shè)備，分別介紹了其托架機構(gòu)、行走機構(gòu)和舉升機構(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。各機構(gòu)驅(qū)動采用伺服電機通過齒輪齒條來驅(qū)動，定位精度高。同時采用PLC控制，導(dǎo)入新車型時，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更換車型的效率，提高了整體工作效率。

[1] 徐晶晶.復(fù)合材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2015,35: 117-118.

[2] 盧松誠.汽車的技術(shù)更新和發(fā)展趨勢[J].大眾科技,2014,06:111-114.

[3] 孫光永,李光耀,閆曉磊,張冠軍,鐘志華. 多目標(biāo)穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計方法在車身設(shè)計制造中的應(yīng)用研究[J]. 固體力學(xué)學(xué)報,2011,02:186-196.

[4] 陳家瑞.汽車構(gòu)造(下冊) [M] .北京:機械工業(yè)出版社.2009.

[5] 周伯英.工業(yè)機器人設(shè)計[M] .北京:機械工業(yè)出版社.1995.

[6] 李坤宏.基于CATIA的汽車焊裝夾具設(shè)計方法應(yīng)用研究[D].重慶大學(xué).2007.

[7] C.Cerrone,F.Chiti,M.Sacchi,M.Fersini,C.Pietrosanti.”Application of Laser Welding to Stainless Steel Light Rail Vehicle,”Welding in the World,vol. 52,pp.27-32,2008.

[8] M.Grujicic, G.Arakere, B.Pandurangan, A.Hariharan, C.F.Yen,B.A. Cheeseman.”Development of a Robust andCost-Effective Friction Stir Welding Process for Use in Advanced Military Vehicles,”Jour -nal of Materials Engineering and Performance, vol. 20,pp.11-23,2011.

[9] 禹化寶,張俊華.汽車焊接夾具設(shè)計的研究與進展[J].焊接技術(shù). 2013,12:1-6.

[10] 魏然.汽車總裝工序排布方法及原則[J].重型汽車.2015,04:36-37.

[11] 王帥.柔性工裝控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].電子技術(shù)與軟件工程.2016,09:146.

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，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)項目負責(zé)人，2015年擔(dān)任廣東省工程中心建設(shè)負責(zé)人。其間多項發(fā)明專利獲得授權(quán)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.026