張永春 黃杰 王海因 葉玉潔 虞瑾 肖鶴晟 陳翼 卞方

摘 要：隨著整體制造水平的提升，國內(nèi)各汽車主機(jī)廠的生產(chǎn)節(jié)拍越來越快，汽車前后風(fēng)窗玻璃安裝工位仍采用多名操作者手動上料及安裝的方式，勞動強(qiáng)度高且生產(chǎn)效率較低。文章主要論述了自動上料系統(tǒng)的組成、在汽車風(fēng)窗玻璃安裝中的應(yīng)用及其對總裝工藝的影響。

關(guān)鍵字：自動上料系統(tǒng);生產(chǎn)效率;風(fēng)窗玻璃

中圖分類號：U466 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）21-188-04

Abstract： With the improvement of the overall manufacturing standards， the production cycle time is getting faster. The installation of fixed glass of automobiles still mostly rely on manual operation， with high labor intensity and low production efficiency. This paper mainly discusses the composition of automatic feeding system， its application in the installation of fixed glass and its influence on the general assembly process.

Keywords： Automatic feeding system; Production efficiency; Fixed glass

CLC NO.： U466 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）21-188-04

引言

作為直接影響整車密閉性能的重要部件，汽車前后風(fēng)窗玻璃的安裝質(zhì)量至關(guān)重要。目前國內(nèi)各主機(jī)廠安裝前后風(fēng)窗玻璃多采用傳統(tǒng)的手動上料及安裝方式，由于風(fēng)窗玻璃的尺寸及重量均較大，將導(dǎo)致操作者勞動強(qiáng)度大幅增加，生產(chǎn)效率降低。而隨著各主機(jī)廠生產(chǎn)節(jié)拍越來越快，此種方式的不足之處也日益凸顯，使得風(fēng)窗玻璃安裝成為了總裝車間的生產(chǎn)瓶頸工位。

1 風(fēng)窗玻璃安裝的現(xiàn)狀

當(dāng)前國內(nèi)主機(jī)廠總裝車間生產(chǎn)線節(jié)拍較快，而汽車前后風(fēng)窗玻璃安裝工位大部分采用多名操作者手動安裝的方式：操作者持氣動葫蘆及吸盤，步行至主線外的玻璃涂膠分裝工位，手動吸附風(fēng)窗玻璃，每塊風(fēng)窗玻璃重約20kg，然后兩將其吊裝至主線安裝工位，配合使用定位工裝進(jìn)行安裝。

由于生產(chǎn)節(jié)拍較快，操作工需要在主線和分裝線間往復(fù)行走吊運(yùn)風(fēng)窗玻璃，不僅疲勞度增加，還造成生產(chǎn)現(xiàn)場極大的搬運(yùn)浪費(fèi)。同時，該工位操作者在限定節(jié)拍內(nèi)只能完成前后風(fēng)窗的安裝操作，角窗、飾條的安裝需要安排在其他工位進(jìn)行，增加了內(nèi)飾線的工藝安排難度。

2 自動上料系統(tǒng)介紹

為解決上述問題，可在原工位新增一套分步式自動上料系統(tǒng)，該自動上料系統(tǒng)由垂直提升裝置、橫向移載裝置、隨行安裝裝置、軌道電氣組件等四部分組成（見圖1），可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)窗玻璃從線邊涂膠工位到主線安裝工位間的自動上料和隨行安裝。

3 自動上料系統(tǒng)工作流程

該自動上料系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)及工作流程如下：

3.1 垂直提升裝置

風(fēng)窗玻璃垂直提升裝置布置在主線與涂膠機(jī)器人之間，由一套垂直提升電機(jī)和兩套真空裝置組成（見圖2）;垂直提升部分垂直矗立在地面，由減速電機(jī)驅(qū)動鏈輪鏈條，從而帶動提升吸盤部分上下升降，提升吸盤部分安裝有6個吸盤，可以將玻璃涂膠工位涂膠完畢的風(fēng)窗玻璃吸持，并垂直提高到指定高度，然后由橫向移載部分接持并移走。

提升吸盤部分沿立柱升降采用兩根直線滑軌導(dǎo)向，保障了設(shè)備具有足夠的導(dǎo)向精度及低摩擦性。

側(cè)面的接近開關(guān)安裝在鋁型材上，根據(jù)需要，位置可以任意調(diào)整。

通過與涂膠機(jī)器人的數(shù)據(jù)交互，提升裝置在機(jī)器人完成涂膠后，自動將涂好膠的風(fēng)窗玻璃舉升到交接高度，供移載裝置進(jìn)行抓取。

3.2 橫向移載裝置

橫向移載裝置由一套移載電機(jī)、兩套真空系統(tǒng)及其他控制元件組成（見圖3），布置在主線上方，通過鋼結(jié)構(gòu)架體固定在廠房鋼結(jié)構(gòu)上。鋼結(jié)構(gòu)架體橫向安裝有一根大橫梁，大橫梁上安裝有兩根直線滑軌，移載吸盤部分通過直線滑軌與大橫梁相連并可橫向移動。驅(qū)動電機(jī)安裝在大橫梁端頭，通過同步帶驅(qū)動移載吸盤部分橫向移動。鋼結(jié)構(gòu)架上安裝有踏板作為維修平臺，方便日常維護(hù)。接近開關(guān)安裝在鋁型材上，根據(jù)需要，位置可以任意調(diào)整。橫向移載裝置從垂直舉升處抓取已涂膠的風(fēng)窗玻璃，根據(jù)與涂膠機(jī)器人的數(shù)據(jù)交互，判斷當(dāng)前抓取的風(fēng)窗玻璃為前風(fēng)窗還是后風(fēng)窗，同時將該工件運(yùn)送到主線的中心位置，與隨行安裝裝置進(jìn)行交接。

3.3 隨行安裝裝置

隨行安裝裝置由方車組件、滑座部分、夾具部分、立柱部分、二級升降部分組成，可以將橫向移載裝置送來的工件吸持住，然后跟隨生產(chǎn)線上的車輛一起移動，并將風(fēng)窗玻璃降至操作者可以操作的高度，然后由操作者進(jìn)行安裝。

隨行安裝裝置布置在兩條鋁合金軌道下，沿生產(chǎn)線方向可以移動。方車組件通過吊耳連接到鋁合金軌道上，2套立柱部分固定在方車組成下，構(gòu)成基本的固定架體（見圖5）。方車組成上的驅(qū)動電機(jī)帶有鏈輪，通過鏈輪和鏈條的驅(qū)動，可以使隨行安裝裝置沿鋁合金軌道移動。

滑座部分共有2套，分別通過直線滑軌安裝在兩側(cè)立柱部分上，可以沿立柱部分上下升降，兩側(cè)的滑座部分通過剛性連接連接到一起（見圖6）。通過一個主驅(qū)動氣缸驅(qū)動，可以實(shí)現(xiàn)上下同步升降。同時每個滑座部分上設(shè)置有側(cè)升降氣缸，可以驅(qū)動二級升降部分升降。

二級升降部分共有2套，分別安裝在兩側(cè)的滑座部分上，通過直線導(dǎo)軌與滑座連接，通過側(cè)氣缸驅(qū)動可上下升降。二級升降部分下面通過直線滑軌連接有夾具部分，并設(shè)置有橫向調(diào)節(jié)氣缸可使夾具部分橫向調(diào)節(jié)。

夾具部分共有2套，分別安裝在兩側(cè)的二級升降部分下表面，通過直線滑軌連接，可以橫向移動。夾具部分由橫向調(diào)整機(jī)構(gòu)、風(fēng)窗吸持機(jī)構(gòu)上下兩部分組成。風(fēng)窗吸持機(jī)構(gòu)由兩根鏈條吊掛在橫向調(diào)整機(jī)構(gòu)下面，由兩側(cè)的平衡氣缸驅(qū)動，可上下運(yùn)動，由于平衡氣缸設(shè)計(jì)有平衡氣路，所以在平衡狀態(tài)下，操作者只需要很小的力便可以將風(fēng)窗拉下來安裝。

最終伸出狀態(tài)見圖9：

3.4 軌道電氣組件

軌道電氣組件由機(jī)械部分、氣動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)三部分組成。

機(jī)械部分包括兩條鋁合金軌道，沿生產(chǎn)線中心對稱分布，吊掛在廠房鋼結(jié)構(gòu)下;還包括一條鏈條工字鋼，安裝在廠房鋼結(jié)構(gòu)下面用于驅(qū)動縱向隨行部分。其他附件包括開關(guān)支架、線速檢測等機(jī)構(gòu)。

升降氣缸設(shè)計(jì)有氣控單向閥互鎖機(jī)構(gòu)，可防止斷氣后設(shè)備下滑。氣源處理件設(shè)有壓力檢測，當(dāng)壓力不符合要求時不啟動系統(tǒng)。風(fēng)窗吸持機(jī)構(gòu)的平衡氣缸設(shè)計(jì)有平衡氣路，在平衡狀態(tài)下，操作者只需要很小的力便可以將風(fēng)窗拉下來安裝。真空系統(tǒng)設(shè)有數(shù)顯真空傳感器，當(dāng)真空不足時不進(jìn)行下一步操作。真空吸盤部分使用雙路真空設(shè)計(jì)，在任何一路真空系統(tǒng)失效時仍然保持有效的吸持能力，避免風(fēng)窗玻璃脫落。同時設(shè)計(jì)有單向閥，在系統(tǒng)壓力突然下降時，將真空回路密封。

驅(qū)動電機(jī)采用變頻調(diào)速控制，平穩(wěn)起動、減速停止，減少系統(tǒng)沖擊，降低驅(qū)動功率，同時可以根據(jù)需求調(diào)節(jié)運(yùn)行速度，以滿足生產(chǎn)節(jié)拍?？刂葡到y(tǒng)采用本地和遠(yuǎn)程相結(jié)合的PLC集中控制方式。垂直提升與橫向移載機(jī)構(gòu)的I/O為本地I/O，所有I/O點(diǎn)均進(jìn)入集中控制柜。隨行機(jī)構(gòu)I/O為遠(yuǎn)程I/O。所有I/O點(diǎn)通過PROFIBUS總線與集中控制柜內(nèi)的CPU DP接口相連。電機(jī)控制電源與制動器電源由集中控制柜直接與電機(jī)相連，采用高柔電纜通過拖鏈連接到電機(jī)的接線盒內(nèi)。垂直升降與橫向移載電機(jī)通過變頻器采用數(shù)字量多段速度選擇的方式調(diào)速。隨行機(jī)構(gòu)電機(jī)采用數(shù)字量多段速度選擇與模擬量速度選擇相結(jié)合的方式進(jìn)行調(diào)速。

4 總結(jié)及展望

目前，該系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于某主機(jī)廠總裝車間并運(yùn)行良好，相比于傳統(tǒng)的手動上料及安裝方式，該自動上料系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：

4.1 大幅降低勞動強(qiáng)度

采用該系統(tǒng)后，單片重量超過20KG的風(fēng)窗玻璃從線邊涂膠單元運(yùn)送至主線安裝工位將全部實(shí)現(xiàn)自動化，操作人員只需在安裝工位等待即可，省去人工搬運(yùn)的操作，極大的降低了操作者的勞動強(qiáng)度。

4.2 大幅降低人力成本

采用人工上料方式時，玻璃安裝工位需配備多名操作者才能滿足生產(chǎn)節(jié)拍。使用自動上料系統(tǒng)后，僅需2名操作者就可完成前后兩塊風(fēng)窗玻璃的安裝，人力成本優(yōu)化效果顯著。

4.3 大幅提升生產(chǎn)柔性

該自動上料系統(tǒng)空間利用率高，占地面積小，對原有生產(chǎn)線布局影響小。且該系統(tǒng)的垂直提升裝置、橫向移載裝置、隨行安裝裝置均可實(shí)現(xiàn)多段速度、多段行程調(diào)節(jié)，可兼容多款車型的共線生產(chǎn)，柔性程度大幅提升，可擴(kuò)展性強(qiáng)。

4.4 優(yōu)化工藝流程排布

采用該自動上料系統(tǒng)后，操作無需再承擔(dān)風(fēng)窗玻璃的搬運(yùn)上線工作，減少了人工搬運(yùn)浪費(fèi)。同時，在等待風(fēng)窗玻璃運(yùn)送到主線期間，操作者可以完成卡子，飾條等零件的安裝，給內(nèi)飾線的工藝流程排布帶來極大便利。

未來，隨著各主機(jī)廠生產(chǎn)節(jié)拍的提升，以及對多車型多品種混線生產(chǎn)的需求增加，上述自動上料系統(tǒng)在總裝車間的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)大。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭德權(quán).汽車總裝工藝[J].工業(yè)技術(shù)，2012，9（4）.

[2] 張鵬等.信息化技術(shù)在汽車總裝工廠中的應(yīng)用[J].汽車零部件， 2013，3.