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        介紹一種車身焊裝線下導(dǎo)軌的定位工裝

        2021-02-22 02:38:34孫國威宋建懿
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2021年8期
        關(guān)鍵詞:壓板導(dǎo)軌工裝

        孫國威,宋建懿

        (上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司,重慶400000)

        1 概述

        目前,SGMW 重慶基地生產(chǎn)的帶有下導(dǎo)軌的車型都是采用單一的工裝定位,一個焊接拼臺只能適用于一種車型的下導(dǎo)軌,如需增加新的車型就只能增加工位數(shù)和焊接設(shè)備,這樣不僅增加了成本的投入,同時也存在人員浪費(fèi),不符合公司“低成本、高價值”的宗旨。在這樣的形勢下,研究出新型的下導(dǎo)軌定位工裝機(jī)構(gòu)裝置,該裝置使傳統(tǒng)的定位工裝得以優(yōu)化,缺陷得到解決。本文主要簡單介紹該裝置的設(shè)計工作原理與技術(shù)要求。

        2 設(shè)計原理和基本結(jié)構(gòu)介紹

        2.1 設(shè)計原理

        該裝置(如圖1)的機(jī)械運(yùn)動控制形式為:電控信號控制氣缸動作的方式,以實(shí)現(xiàn)工裝的移動并滿足定位功能。在工作過程中,磁性開關(guān)等電控信號由PLC 進(jìn)行控制,然后由電控信號來控制氣缸等氣動元件的運(yùn)動,并且滿足氣路設(shè)計時的時序要求。該裝置的控制單元為三位五通的電磁換向閥,人工作為電磁閥的第一步輸入信號控制電磁閥的動作,進(jìn)而通過電磁閥來控制氣路以實(shí)現(xiàn)氣缸按照設(shè)計要求運(yùn)動的功能。該電控信號的輸入一般分為以下幾種類型,分別為:人工按鍵信號輸入;氣缸磁性開關(guān)信號輸入;接近開關(guān)信號輸入。以上信號作為電磁閥的輸入信號以實(shí)現(xiàn)氣路設(shè)計的動作要求。

        圖1 新方案示意圖

        工作原理(如圖2):該裝置通過過渡板固定在標(biāo)準(zhǔn)焊接拼臺上,翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過大氣缸和導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)Y 方向的運(yùn)動,采用2 條導(dǎo)軌保證了滑動的順暢性與承載能力。在切換車型時翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)需要人工進(jìn)行翻轉(zhuǎn),通過2個限位塊和手動夾緊器實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)本身的定位與鎖緊。夾具機(jī)構(gòu)安裝在翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的底板上,隨著翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)定位的功能。正常工作過程時,當(dāng)白車身運(yùn)動到該工位時,主定位自動夾緊,同時夾緊的信號會傳給PLC 控制器,同時員工操作控制面板通過PLC 控制夾具機(jī)構(gòu)對下導(dǎo)軌零件進(jìn)行夾緊,夾緊信號通過氣缸上的磁性開關(guān)信號顯示并傳遞給PLC,然后通過電磁換向閥控制大氣缸進(jìn)行運(yùn)動,當(dāng)大氣缸推動翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動到設(shè)計位置時,大氣缸上的磁性開關(guān)信號顯示并傳遞給PLC 關(guān)夾動作完成,現(xiàn)場員工進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化操作。當(dāng)員工標(biāo)準(zhǔn)化動作完成后,再次進(jìn)行操作控制面板上的按鈕鍵輸入完成信號,PLC 通過電控信號控制氣路來完成設(shè)計時氣路動作。

        圖2 新型下導(dǎo)軌定位機(jī)構(gòu)裝置

        2.2 基本結(jié)構(gòu)介紹

        該裝置是一種新型的工裝柔性定位機(jī)構(gòu),它不僅應(yīng)包含以上9 項(xiàng)主要組成部件來滿足設(shè)計的運(yùn)動軌跡,同時要滿足機(jī)械設(shè)計的基本原理。因此,定位工裝裝置在滿足使用功能的基礎(chǔ)上同時還要選擇合適的組件。

        2.2.1 夾具機(jī)構(gòu)

        如圖3 所示,該機(jī)構(gòu)分為1、2、3、4 這4個旋轉(zhuǎn)點(diǎn),1與2 是運(yùn)動的,3 和4 是固定的。該運(yùn)動可以分解成2 步進(jìn)行運(yùn)動,首先壓頭與氣缸繞著4 點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,到位后壓頭與氣缸繞著1 點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動打開到位,設(shè)計過程中應(yīng)遵循三角形幾何定理(兩邊之和大于第三邊,兩邊之差小于第三邊),保證能夠正常打開與關(guān)閉。工裝的定位與夾緊點(diǎn)的設(shè)計基礎(chǔ)是零件的定位策略,定位策略是由產(chǎn)品尺寸工程師輸入,是工裝設(shè)計過程中的唯一定位依據(jù)。

        圖3 定位夾具機(jī)構(gòu)

        2.2.2 滑移機(jī)構(gòu)

        圖4 導(dǎo)軌

        (1)該工裝機(jī)構(gòu)的滑移方向是沿Y 方向的水平運(yùn)動,所以選擇的導(dǎo)軌是滾動直線導(dǎo)軌副(矩形滑塊),導(dǎo)軌如圖4 所示。導(dǎo)軌的主要作用是支撐和引導(dǎo)整個翻轉(zhuǎn)定位機(jī)構(gòu)按照特定的方向進(jìn)行運(yùn)動,同時保證了運(yùn)行的速度要求,即使在高速運(yùn)行下也能夠有很好的直線運(yùn)動精度。選擇導(dǎo)軌型號時,應(yīng)充分考慮其承載能力與成本要求,以選擇合適的直線導(dǎo)軌。

        (2)氣缸應(yīng)該選擇標(biāo)準(zhǔn)氣缸,盡量不要選擇非標(biāo)件,因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)氣缸維護(hù)、更換等比較便捷,同時對于備件的選擇要求比較低。標(biāo)準(zhǔn)氣缸的基本結(jié)構(gòu)如圖5 所示,標(biāo)準(zhǔn)氣缸需要有磁性開關(guān)的安裝位置,以保證氣缸的動作信號傳遞給PLC,同時也要考慮其安裝位置對于后期安裝與更換的便捷性要求。

        圖5 標(biāo)準(zhǔn)氣缸結(jié)構(gòu)

        圖6 工裝行程范圍

        圖7 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

        圖8 夾具機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

        標(biāo)準(zhǔn)氣缸的選型不是隨意進(jìn)行選擇的,它需要通過力學(xué)公式計算確定的,具體計算過程如下:氣缸需要拉動力用G 表示,其中G=mg,g=9.8N/kg,m=整個翻轉(zhuǎn)裝置的重量,在建模環(huán)境中測得m=73kg,所以G=mg=715N。受環(huán)境等各方面因素影響標(biāo)準(zhǔn)氣缸的輸出力一般是有衰減的,計算公式為F*=Fμ,其中F*是標(biāo)準(zhǔn)氣缸的實(shí)際輸出拉力,F(xiàn) 是標(biāo)準(zhǔn)氣缸的理論輸出拉力,μ 是氣缸實(shí)際的效率系數(shù)。根據(jù)F=PS 公式,其中P 是工廠使用的氣壓(標(biāo)準(zhǔn)范圍為5-7bar),取中間值P=6bar=0.6MPa;S 是標(biāo)準(zhǔn)氣缸的活塞圓的受力面積(S=πD2/4),其中π=3.14,D 是氣缸的缸徑,所以F=PS=0.6×3.14×D2/4×10=4.71D2。實(shí)際選型中μ 一般為0.3-0.8,我們?nèi)?.5,則F*=F×μ=2.355D2。在實(shí)際的運(yùn)動過程中氣缸的拉力應(yīng)大于需要克服的力,則F*>G,即2.355D2>715,D>55cm;查看標(biāo)準(zhǔn)氣缸庫,確定選擇氣缸缸徑為63cm 的氣缸。根據(jù)如圖6 所示,該裝置需要的實(shí)際行程最小為155mm,查看標(biāo)準(zhǔn)氣缸庫選擇氣缸行程為160mm。同時要考慮到安全因素,我們選擇的氣缸需要有自鎖功能,以滿足現(xiàn)場出現(xiàn)問題時所需要的急停功能,綜合考慮因此選擇標(biāo)準(zhǔn)氣缸型號為WDNC-63-160-A-KP。

        圖9 壓板類型

        2.2.3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

        該工裝的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如圖7 所示,兩端通過軸承進(jìn)行聯(lián)接,并且機(jī)構(gòu)下側(cè)留足充足的翻轉(zhuǎn)空間,避免夾具機(jī)構(gòu)與過渡板處干涉。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的定位依靠2個限位塊,同時一面配備一個手動夾緊器,保證翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。

        3 關(guān)鍵部件的設(shè)計要求

        工裝的定位部分設(shè)計不僅要滿足其他區(qū)域輸入的要求,比如CDLS 要求、BOP 要求等內(nèi)容,同時也要滿足工裝使用的方便性、定位的穩(wěn)定性以及使用周期長等要求,因此需要對關(guān)鍵的定位工裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計,同時對于加工要求進(jìn)行明確的注釋。基本結(jié)構(gòu)如圖8 所示。

        3.1 定位塊

        工裝夾具的定位塊需要滿足可調(diào)性功能,同時材料選擇45#鋼,定位型面硬度需要進(jìn)行熱處理,標(biāo)準(zhǔn)范圍為HRC38~42,優(yōu)先采用表面淬火,淬硬層深度≥2mm,如果對于要求不高的定位面也可采用整體淬火+低溫回火的方式;對于重要的安裝面、定位面及銷孔要求熱處理后精加工,確保所規(guī)定的粗糙度(型面、安裝面Ra3.2,銷孔Ra1.6)。定位塊的安裝面不得涂油漆,需要保持整潔,同時加工完成后盡量涂一層防銹油。

        3.2 壓板

        目前工裝設(shè)計要求壓板的壓緊部位需要滿足可調(diào)性功能,一般設(shè)計的理論墊片要求的3mm,對應(yīng)壓板的厚度為16mm;但對于主定位等關(guān)鍵定位工裝的壓板對應(yīng)的厚度需要增大到20mm-25mm,保證定位的穩(wěn)定性和工裝剛度要求。壓板的機(jī)構(gòu)按照類型不同一般分為三類(如圖9 所示):(1)一體式結(jié)構(gòu);(2)無限位塊壓板與壓塊分離式結(jié)構(gòu);(3)有限位塊壓板與壓塊分離式結(jié)構(gòu)。

        4 結(jié)束語

        這種新型的下導(dǎo)軌定位機(jī)構(gòu)裝置滿足了兩種車型共用同一拼臺進(jìn)行下導(dǎo)軌定位焊接的要求,提高了生產(chǎn)線場地的利用率,應(yīng)用前景比較廣泛。

        (1)下導(dǎo)軌工裝定位方式首次采用翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的形式,可以實(shí)現(xiàn)多車型的柔性生產(chǎn)。

        (2)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用2個限位塊進(jìn)行機(jī)構(gòu)的定位,2個機(jī)械插銷和手動夾緊器進(jìn)行機(jī)構(gòu)的鎖緊。

        (3)此工裝機(jī)構(gòu)可作為一個標(biāo)準(zhǔn)模塊運(yùn)用在其他柔性化生產(chǎn)線上,具有推廣潛力。

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