編程式自動化車門多點涂膠裝置及技術的研發與應用

摘 要：在汽車車身制造行業，為降低車門鈑金之間在行駛過程中產生振動和噪聲，往往需要在內外板間進行多位置涂上減震膠，提高行駛舒適性。本文主要提出一種編程式自動多點涂膠裝置，即能滿足快速對多點位置精確涂膠，又能滿足涂膠量、涂膠一致性穩定的研發方案。分別詳細闡述了裝置設計方案、技術方案、工作原理及應用效果。

關鍵詞：多級多點涂膠 低成本 高效率 研發 應用

1 緒論

在汽車車身制造過程中，車門涂減震膠是必要工藝。車門外板與內加強板間存在一定的間隙，行車中會因振動產生嚴重噪音，因此需要在車門外板與內加強板之間增加減震膠。減震膠經過涂裝車間烘干設備加熱后固化，可以減弱行車中的振動和噪聲，提高舒適性。

車門減震膠根據車門形狀、大小分布，一般單個車門或車蓋減震膠點數在25-50點。生產涂膠工藝要求涂膠量均勻、涂膠位置一致性高，才能保證減震膠發揮良好的減震性能。

我公司車身車間結合近幾年在涂膠工藝的實際生產經驗，已成功地將單人單點涂膠，改進為單人多點涂膠，后又改進為整體可調節式涂膠工藝，逐步提升了涂膠效率和涂膠質量。每次涂膠工藝的改進效果顯著，如圖1。其良好的推廣性也快速推廣到其他車型，和其他基地車身車間。（圖1）

目前車身車間使用的多點涂膠工具多為整體可調節式涂膠裝置。它可以實現一次完成車門外板所有減震膠的涂膠。這種涂膠裝置目前使用平衡器來吊裝，通過鋼絲繩連接在平衡器上。

在操作過程中，需要兩名員工同時拉動涂膠裝置到合適的涂膠位置后，按著涂膠工具不晃動的同時再去按涂膠按鈕。首先，平衡器的鋼絲繩在下降過程中晃動幅度比較大，涂膠裝置可能會碰傷員工，存在著較大的安全隱患；另外，每次涂膠都是員工手動拉下來，無法保證每次的涂膠位置的一致性，造成涂膠不均勻；此外，現場需要兩名員工操作，效率比較低。為了消除涂膠過程中的安全隱患和少人化工藝的優化，我們設計了一種編程式自動化車門多點涂膠裝置和系統，該技術通過邏輯編程和感應信號將涂膠動作全流程編制到PLC程序，通過一鍵啟動涂膠按鈕，實現裝置的涂膠。

2 涂膠裝置研發

2.1 設計方案

根據車間生產現場的多點涂膠現狀及生產問題，車身團隊自主設計制作一種編程式自動化車門多點涂膠裝置。該裝置依靠氣缸驅動和輔助導向實現上升和下降，依靠激光雷達和安全鎖緊機構關聯PLC程序實現涂膠過程對員工的安全保護；員工通過一鍵涂膠啟動按鈕實現多點涂膠工具的自動升降。

本裝置主要由程序控制系統、升降機構、安全機構、涂膠槍盤、涂膠泵5大部分組成，如圖2。

五大機構組成部分的功能：

（1）程序控制系統：負責接收各種感應信號并給出動作指令，是實現該裝置自動涂膠的控制系統。

（2）升降機構：負責涂膠膠盤做上升和下降運動，是動力源。

（3）安全機構：負責涂膠裝置在涂膠過程對員工的保護，主要有激光雷達和鎖緊機構；鎖緊機構：負責涂膠機構上升到位后的自鎖，防止因自身重力導致機構墜落。

（4）涂膠槍盤：負責完成在零件上的涂膠，根據零件涂膠點數設計槍盤。

（5）涂膠泵：減震膠存儲器。

該自動多點涂膠裝置的完整動作流程圖如下圖3：

固定式的升降機構，在節約了場地的同時使得多點涂膠工具下降時不再晃動，提高涂膠質量和精度，提高了生產效率，縮減了生產成本，還對應地降低工作強度和減少工作人員。

2.2 技術方案

本自動涂膠裝置和技術經過生產驗證，能夠將目前涂膠中遇到的難題一一解決。

（1）該裝置利用固定式氣缸連接，實現多點涂膠裝置高精度定位，涂膠質量穩定。

（2）設計PLC聯鎖和安全聯鎖，員工可以一鍵實現多點涂膠裝置的升降，既保護了員工免受傷害又提高了生產效率。

（3）通過PLC編程實現一鍵啟動完成涂膠操作，涂膠實現自動化，減少一個操作工人。

（4）自制成本低，壽命長，結構簡單，便于日常維護、維修，制造成本低。

（5）多級多點涂膠、效率高，比單點涂膠工具提高數十多倍，適合大批量生產。

下面分別介紹該自動涂膠裝置的幾大組成部分。

（1）程序控制系統：負責接收各種感應信號并給出動作指令，是實現該裝置自動涂膠的控制系統。電控系統主要由控制系統臺、PLC遠程控制柜、控制按鈕、電氣控制、檢測開關等組成。

（2）升降機構：負責涂膠膠盤做上升和下降運動，氣缸是動力源；舉升機構的輔助導向有導向軸和導軌兩種形式。

（3）安全機構：負責涂膠裝置在涂膠過程對員工的保護，主要有激光雷達和鎖緊機構；雷達對涂膠區域進行安全掃描，達到全方位安全保護功能；鎖緊機構負責涂膠槍盤上升到位后的自鎖，防止因自身重力導致機構墜落；二者聯合使用消除人工操作涂膠機所存在的安全隱患。

自鎖機構主要由擺臂、自鎖氣缸等組成。其中，氣缸是自鎖機構的動力源；氣缸伸出，擺臂關閉，鎖死上升到位時的涂膠機構；氣缸縮回，擺臂打開，才允許涂膠機構做下降運動；它防止涂膠機構在高位時的突然墜落，對其正下方的操作工人具有重要的保護作用。

（4）涂膠槍盤：負責完成在零件上的涂膠，根據零件涂膠點數設計槍盤。涂膠機構主要由涂膠框架、涂膠多級管路、定位銷、檢測開關、蓄膠盒等組成。

①涂膠框架安裝在舉升機構下方，隨其做升降運動；

②涂膠多級管路是減震膠的通道，根據零件上的涂膠點數和位置進行分級合理布置；確保管路不干涉；涂膠多級管路安裝在涂膠框架上；涂膠管路為多級管路：Ⅰ級、Ⅱ級。

③3個定位銷，與涂膠拼臺的定位銷孔相配合使用，確保涂膠點位置的一致性；

④蓄膠盒為多級蓄膠盒：Ⅰ級、Ⅱ級。Ⅰ級蓄膠盒內的膠通過Ⅰ級涂膠管路到達Ⅱ級蓄膠盒，之后，Ⅱ級蓄膠盒內的膠通過Ⅱ級涂膠管路到達最終涂膠位置。涂膠管路和蓄膠盒數量根據實際情況設計和調配。

（5）涂膠泵：減震膠存儲器。

（6）涂膠拼臺：零件在這個拼臺完成涂膠。拼臺上的定位銷孔與涂膠機構中的定位銷配合使用，確保該裝置落位的精度和一致性；

涂膠拼臺主要由底板、支基單元、定位銷孔、折邊膠槍、檢測開關、皮帶、電機、舉升機構、舉升氣缸等組成。

①此拼臺是實現零件涂膠的工位。

②定位銷孔與涂膠機構上的定位銷配合使用，確保涂膠機構落位一致性；

③折邊膠槍裝有其到位的檢測開關，當工人拿起折邊膠槍完成涂折邊膠的工作后，放回折邊膠，檢測開關檢測到膠槍，此時工人按下拼臺的控制按鈕，自動涂膠機構才開始下降；確保操作員工的安全；

④底板上安裝有數套支基單元。支基單元對零件起支撐定位和限位的作用；對零件進行涂膠；

⑤涂膠完成后，員工進行多點涂膠的質量自檢；

⑥自檢完成后，員工將內板焊接總成放到外板上，舉升氣缸帶動舉升機構和皮帶將零件托起，然后電機啟動，帶動皮帶進行傳動，將零件傳到下一工位；舉升機構下降到位。此為一個工作循環。

2.3 工作原理

2.3.1 多點涂膠量定時自動控制

本機構采用可編程控制器自動控制電路，實現涂膠定時控制功能，同時可根據現場環境溫度的變化由觸摸屏授權寫入符合出膠量的自動控制時間值，取代了操作工人靠經驗值調節出膠量的弊端，使多點涂膠機實現標準化工作，從而使每個操作循環只需按一次涂膠啟動按鈕，同時保障每個工件涂膠量一致。當有人為觸發安全系統時，為有效控制涂膠質量，特別增加了涂膠過程中一鍵返回功能，提高了安全系數及故障響應時間。

2.3.2 多點涂膠機實現自動升降

本機構采用可編程控制器自動控制電路，實現涂膠機自動升降功能，取代了操作工人靠人力拉動平衡器來拖動涂膠機升降的弊端，同時使多臺涂膠機實現標準化工作，而每個操作循環只需按一次涂膠啟動按鈕便可自動完成一個循環工作，提高了設備穩定性和安全系數及故障響應時間。

2.3.3 多點涂膠機安全防落控制

本機構采用可編程控制器自動控制電路，實現防落夾具自動控制，使多點涂膠機實現高位重力勢能被有效鎖定功能，消除了員工在涂膠機下方操作所存在的高風險作業，提高了多點涂膠機安全系數。

3 橫向對比、應用案例

SGMW車身用過的涂膠方式有三種：

（1）單向涂膠工具，一次只完成一點涂膠，每涂一點耗時6秒，且沒有膠量調節閥；單向涂膠工具結構示意圖見圖1。使用時，將涂膠槍出口安裝到M36螺母一端，控制涂膠槍使膠液順著Φ6不銹鋼管出來，進行涂膠。

缺點：由于一次只能涂一點，所以可能造成涂膠點間距不均勻、涂膠量不均勻；缺少單管出膠量調節閥無法對涂膠出膠量進行調整，工作效率低等問題。

（2）單閥多點涂膠工具。使用時該涂膠工具M36螺母扭接到膠槍上，控制涂膠槍使膠液順著設計管路出來，實現一次完成多點的涂膠；增加了調節閥，可以對涂膠出膠量的大小進行調整，涂膠量均勻；不同管組間距通過Φ6加強管進行固定限位，保證每次涂膠點間距均勻。

缺點：此設備只能實現局部范圍內一定數量的涂膠點，同時涂膠位置通過人工方式，目測實現，重復一致性較差。

（3）多閥多點涂膠工具，設有多個閥，根據需要可設數十個涂膠點，并且涂膠量可調節。缺點：多閥多點涂膠工具，能滿足大批量高節拍的生產要求，但涂膠位置一致性較差；此類工具隨著車門外板尺寸增大而相應增大，工人在操縱體積龐大重量較重的涂膠工具進行涂膠時，不符合高節拍下的人機工程，進而影響到多點涂膠工具的應用。

4 應用效果

該自動化多點涂膠裝置已成熟應用在公司350P/PS、E10門蓋焊裝生產線上。

（1）該裝置的應用減少了人工拖動平衡器的動作，提高了生產效率。共計節約操作時間：5秒/臺。

（2）確保涂膠一致性和穩定性，達到涂膠工藝要求，涂膠精度及質量合格率由85%提升95%以上。

（3）涂膠工具通過多級調節閥，可根據實際生產情況隨時調節出膠量，避免或減少施膠量過多和過少，減少了零件的故障率和返修率，降低了生產用膠成本。

經過數據統計單臺節約膠量：20g/臺。

（4）整套機構所使用材料為普通鋼管和內六角螺栓，采購方便，制造成本低廉，便于廣泛使用，同時由車間員工主導設計制造，省去了外包設計與加工制造費用，相對于購買自動涂膠設備節約大量資金。

（5）本裝置可以根據不同車型的車門零件的形狀和涂膠點數進行裝置的設計和涂膠管路的分級分點布置，在后續新項目的設計中，該結構得到很好的應用與推廣。

5 結語

本文主要介紹了，一種車門自動多點多位置精確定位同步涂膠機構的設計方案、技術方案、工作原理及應用對比，主要解決單人多位置車門涂膠、涂膠不均、涂膠效率低、涂膠質量一致性差問題。

該裝置結構簡易，制造成本低廉，便于廣泛使用，實現了單人多點多位置同步涂膠，涂膠質量一致性精度穩定，生產運行效率高，設備問題少，維護簡單。

參考文獻：

[1]吳澤城，李彬，林偉明.基于PLC智能涂膠控制系統設計[J].現代工業經濟和信息化，2021，11（9）：47-48.

[2]吳啟順，宋元亮，周燕強，王磊.一種全柔性無極涂膠控制系統[P].中國專利：CN117483197A，2024.02.02.

[3]秦紅生.涂膠工藝設計提升車身密封性能[J].汽車工藝師，2020（8）：52-54.

[4]許亞杰.車門生產線規劃中的要點問題探討[J].汽車制造業，2021（3）：40-42，45.