換型高頂頂蓋生產線節拍提升研究

陳大艷 盧永安 楊京

摘 要：隨著公司轉型發展 裝焊車間換型高頂頂蓋生產線改造后生產的臥鋪加寬高頂車型節拍無法滿足大裝線生產節拍 通過對PLC控制流程及機器人焊接過程進行優化 使高頂頂蓋生產線節拍提升17.5% 滿足大裝線線體的節拍需求。

關鍵詞：頂蓋生產線;點焊機器人;焊接參數;節拍提升

中圖分類號：TP242.2? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）18-165-03

Abstract： With the transformation of company development， the original HX high- roof production line in the welding workshop has been transformed to product the type of wider and highten roof， but the production time after the transfor -mation could not meet the production time of the Automobile assembly welding line. Through the optimization of the PLC control process and the robot welding process， the rate of the production line of the high- roof is increased by 17.5%， which can meet the rate demand of the Automobile assembly welding line.

Keywords： High-roof production line; Spot welding robot; Welding parameter; Improvement of production rate

CLC NO.： TP242.2? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-165-03

前言

陜重汽車身廠裝焊車間換型區域高頂頂蓋生產線原設計生產普通高頂車型 由于產品結構調整 對換型高頂頂蓋生產線進行了改造 改造后的生產線生產臥鋪加寬車型頂蓋。由于臥鋪加寬頂蓋車型在換型所有車型中的占比大 原設計頂蓋生產線生產節拍無法滿足換型大裝線生產節拍 使得大裝線的產能不能充分發揮 急需對高頂頂蓋生產線進行節拍提升改造。

1 生產線布局及構成

高頂頂蓋生產線采用1套西門子CPU317-2PN/DP PLC作為電氣主控系統 采用PROFIBUS-DP總線進行通訊 有4套KUKA KRC2點焊機器人 4套BOSCH焊接控制器 3套SEW變頻器 4套SMC閥島模塊 2個HMI等組成的總線控制系統。生產線布局圖見圖1 實物見圖2。

2 工藝流程

高頂頂蓋生產線是由一套控制系統控制 具備手動/自動功能的生產線 其工藝流程如下圖3所示 高頂頂蓋各分總成在HRF020工位預裝 進入機器人工作站焊接 焊接過程分三步：1#臺車低位定位焊接、PICK UP高位補焊、2#臺車低位補焊。HRF020工位預裝時 采用人工上件 按鈕步進式控制 當HRF020預裝完工后 1#臺車滑入機器人工作站 之后線體進入全自動狀態 即自動完成夾具動作、工件轉接及完工上線工作。

3 改進措施

該產品從工件預裝到工件產出需經過十多道工藝流程 特別是在機器人工作站內需完成3個不同工裝自動切換及機器人焊接補焊任務 主要從機器人焊接工位各參數優化及焊點調整、高頂生產線PLC和自行小車PLC程序控制邏輯優化及3臺電機提速幾個方面進行改善提升 主要改善點有：

（1）提高臺車1行走電機、臺車2行走電機和PICK-UP升降電機運行速度 電機轉速由1000rpm提高到2000rpm 通過PLC程序將發送給變頻器的轉速參數進行修改 提高電機運行速度后整體節拍提升13秒。

（2）換型頂蓋生產線人工工位打磨后 手動按下放車按鈕 臺車2電機由打磨工位進入頂蓋自行小車上件工位 由頂蓋自行小車抓件送入大裝線。改善前的控制邏輯為臺車2運行到上件工位后 頂蓋自行小車吊具才從上限位開始下降進行抓件 抓完工件上升到上限位后臺車2才從上件工位回到中間打磨工位;通過對頂蓋自行小車程序進行優化 頂蓋自行小車提前下降到離臺車2有1米安全距離高度時等待臺車2送件 當臺車2將頂蓋分總成送至上件工位后 頂蓋自行小車收到聯鎖信號后下降抓件 等抓完工件上升到1米安全距離后發送聯鎖信號 臺車2就可回到中間打磨工位。改善后可節約37秒 但該37秒不作為全部節拍提升時間 確保了25工位機器人補焊完工以后不至于等待臺車2 也給操作人打磨留給充分的時間。

（3）優化臺車1和臺車2運行啟動條件控制流程 改善前的控制邏輯為在HRF30機器人補焊工位完工后臺車2帶工件滑出 當臺車2運行到達打磨工位后 臺車1夾具帶工件滑入機器人工位。改善措施為當臺車2運行1米以后就觸發臺車1可滑入 通過對兩個臺車的電機編碼器讀取數值進行連鎖保護 并且在臺車1上增加防撞保護開關 防止臺車2意外停止運行導致的兩臺臺車相撞事件?？晒澕s電機運行時間5秒。

（4）優化PICK-UP升降電機運行控制邏輯條件 原設計時臺車2電機與升降電機完全互鎖 即兩臺電機不能同時工作。臺車2只在進入PICK-UP下方補焊工位時才與升降電機聯鎖 當臺車2在打磨工位與自行小車上件工位運行時與升降電機不關聯。節約由于互鎖導致的等待8秒時間 但該8秒不是每次都會有 屬于偶發。

（5）優化機器人焊接控制器焊接參數 在焊接預熱階段 預備、壓緊、預熱、冷卻時間共690ms 通過優化該階段參數 主焊接和回火階段時間參數未變更 在確保同等焊接質量條件下 焊接預熱階段時間共450ms 每個焊點節約240ms 瓶頸機器人R9和R10在三個不同工位共需焊接50個焊點 可節約焊接時間12秒。

（6）優化瓶頸機器人R9、R10焊點分布 R9和R10在HRF20、HRF25、HRF30三個工位焊接完工同步性不好 在HRF20定位焊接時 R9慢7秒 在HRF25高位補焊時 R9慢5秒 在HRF30補焊時 R10慢10秒。分析原因為R9、R10在三個不同工位焊點數量不一致 調整機器人焊點分布 將R9在HRF20工序的2個焊點挪到HRF30補焊工位。另機器人部分運動軌跡不是很合理 將部分LIN直線運動命令行優化為PTP點到點命令行 重新示教部分過渡點 減少多余動作 優化機器人軌跡 在正常工作狀態R9與R10機器人之間無干涉等待。通過該項焊點分布調整及軌跡優化 節約時間10秒。

（7）通過上述改進后 節拍提升較改善前提升20.3%。但R9、R10機器人在運行過程中 由于焊鉗大 自重重 機器人在每次工作后回原位停止時焊鉗慣性大 焊鉗有明顯的擺動現象 為了確保機器人焊鉗運行的安全性及可靠性 將機器人工作后回原位及之前的幾條運動命令行加速度、速度選擇80%-50% 焊鉗擺動現象明顯好轉。改善后的生產線節拍較改善前提升17.5%。

4 改進效果

通過對頂蓋生產線涉及到的臺車電機、機器人焊接參數及焊點分布、機器人運動軌跡、PLC控制邏輯等設備進行綜合改造 使換型高頂頂蓋生產線生產節拍較改善前提升17.5% 滿足換型大裝線生產節拍要求。

5 結束語

除高頂頂蓋生產線本身節拍提升達到需求以外 還需確保設備運行的可靠性。原該工作站由于使用頻率不高 設備有一些隱性故障也未暴露 因此 在改造完后滿負荷生產時 設備故障率也偏高 主要表現為工裝上檢測開關信號不可靠、機器人完工信號復位條件不完善、行走電機運行時PROFI -BUS-DP總線系統報警停機 通過一段時間運行觀察及維修改進后 高頂頂蓋生產線運行平穩 節拍滿足生產要求。

參考文獻

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