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        機(jī)器人柔性焊接生產(chǎn)線的應(yīng)用

        2022-04-18 18:18:02覃永
        時(shí)代汽車 2022年7期
        關(guān)鍵詞:機(jī)器人

        覃永

        摘 要:本文以汽車下車體總成自動(dòng)化焊接生產(chǎn)為例,闡述了車身焊接自動(dòng)化線的形成原因,以及柔性焊接生產(chǎn)線的應(yīng)用場(chǎng)合。從柔性焊接生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)內(nèi)容出發(fā),分別從柔性焊接夾具的技術(shù)要求、抓手設(shè)計(jì)以及機(jī)器人布置規(guī)則等方面論述。通過對(duì)下車體柔性焊接生產(chǎn)線的分析,對(duì)其設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行研究,為自動(dòng)化生產(chǎn)中工業(yè)機(jī)器人的使用奠定基礎(chǔ)。

        關(guān)鍵詞:柔性生產(chǎn)線 焊接工裝 機(jī)器人

        1 引言

        隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步,汽車制造的自動(dòng)化已不可逆轉(zhuǎn),尤其是在焊接方面,由于焊接質(zhì)量可靠、工作效率高、重復(fù)率高的特點(diǎn)得到各大制造廠商的認(rèn)可,應(yīng)用已經(jīng)非常普遍[1]。邱瑋杰[2]設(shè)計(jì)了汽車零部件點(diǎn)焊機(jī)器人工作站。張英華[3]以汽車地板前側(cè)板構(gòu)件總成為例,介紹了焊接機(jī)器人工作站的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的大量重復(fù)生產(chǎn)的生產(chǎn)線已經(jīng)制約著汽車廠的更新速度,在這種情況下,規(guī)劃出一條既能提供焊接效率,同時(shí)又能加速迭代,保證焊接質(zhì)量的機(jī)器人作業(yè)路線就顯得十分重要[4]。李占營(yíng)[5]闡述了柔性焊裝線的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)規(guī)劃需要考慮的因素,詳細(xì)介紹了目前集中不同的車身總拼夾具形式、特點(diǎn)及應(yīng)用。羅琪等[6]闡述了原有的柔性線生產(chǎn)過程中節(jié)約維護(hù)成本,提高生產(chǎn)效率。汽車車身焊接車間,是整車框架完成的地點(diǎn),其零部件多為超大、長(zhǎng)、重的物件,這些物件的搬運(yùn)與轉(zhuǎn)移工作是一項(xiàng)很繁重的任務(wù),工業(yè)機(jī)器人取代人工進(jìn)行物料的上件及轉(zhuǎn)移,不僅降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,也提高了生產(chǎn)線的效率[7]。

        2 車身柔性焊接工裝設(shè)計(jì)原因

        隨著工業(yè)4.0的到來,車企的生產(chǎn)線發(fā)生變化:手工焊裝線向機(jī)器人自動(dòng)生產(chǎn)線的轉(zhuǎn)變進(jìn)而要求柔性生產(chǎn)。

        傳統(tǒng)的手工焊裝線分布在低節(jié)拍的生產(chǎn)線和分拼工位上。主要由鋼結(jié)構(gòu)、水電氣、焊機(jī)、焊鉗、夾具、涂膠系統(tǒng)、螺柱焊系統(tǒng)、工位間轉(zhuǎn)運(yùn)及輔助踏臺(tái)等組成。每個(gè)工位都需要定位單元,數(shù)量龐大。并且隨著車型增多,夾具數(shù)量巨大,需要有存放場(chǎng)地及倉(cāng)庫(kù),如圖1所示。自動(dòng)化線采用機(jī)器人,伺服焊鉗,定位工裝,輸送設(shè)備,自動(dòng)控制等設(shè)備組成。具有節(jié)拍高,焊接效率高等優(yōu)點(diǎn),如圖2所示為自動(dòng)化焊接車間。

        3 柔性焊接生產(chǎn)線應(yīng)用場(chǎng)合

        實(shí)現(xiàn)不同車型的混流生產(chǎn),減少設(shè)備投資,減少生產(chǎn)準(zhǔn)備階段,車身精度改善。概念性設(shè)備:采用具有高可靠性的自動(dòng)化生產(chǎn)線,關(guān)鍵工位要用有品質(zhì)保證的設(shè)備??紤]應(yīng)付車型變更和車型追加設(shè)備的柔性化??紤]對(duì)重的部件和復(fù)雜工作的傳輸方法。對(duì)易引起偏差的部件考慮設(shè)備的穩(wěn)定性。通過采用新技術(shù),設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備維護(hù)性,品質(zhì)改善,部件精度和生產(chǎn)率等問題。

        該工位需要實(shí)現(xiàn)功能:(1)三個(gè)零件的物料從供應(yīng)商送達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后,放置在對(duì)中臺(tái)上,機(jī)器人從對(duì)中臺(tái)取件,放置到工位定位焊接拼臺(tái)。三個(gè)零件為車架在主要組成部件,分別為前車體(也稱前車架)、前地板(也稱中部地板)、后部下車體(也稱后車架);(2)拼臺(tái)定位夾具對(duì)三個(gè)零件進(jìn)行定位、夾緊;(3)機(jī)器人攜帶焊鉗對(duì)零件搭接處進(jìn)行焊接;(4)機(jī)器人攜帶抓手對(duì)焊接后的車架總成進(jìn)行搬運(yùn)轉(zhuǎn)移;(5)該工位要可柔性,實(shí)現(xiàn)多個(gè)車型的車架定位、焊接、搬運(yùn),同平臺(tái)車型不需要切換定位夾具、焊鉗、抓手等;(6)預(yù)留抓件、夾具切換功能,后續(xù)新車型因差異過大導(dǎo)致夾具、抓手不能兼容時(shí),可進(jìn)行快速切換。

        4 柔性焊接工裝設(shè)計(jì)內(nèi)容

        柔性車身合拼焊接工位包含內(nèi)容:焊裝夾具,輸送裝置(抓手),焊接設(shè)備(伺服焊鉗),修模裝置,控制設(shè)備,機(jī)器人,切換裝置,水電氣供給系統(tǒng),物流料箱、料架等等。

        4.1 柔性夾具結(jié)構(gòu)

        柔性夾具結(jié)構(gòu)大致與簡(jiǎn)易夾具結(jié)構(gòu)相同,主要結(jié)構(gòu)包括定位夾緊機(jī)構(gòu)(如連接塊,銷座,定位銷,壓塊)、支座、限位塊等功能件。如圖3所示為柔性夾具的結(jié)構(gòu)示意圖。

        柔性夾具不僅要滿足普通夾具的保證車身精度,減少裝夾誤差的要求,還能滿足不同零件的重復(fù)裝夾,達(dá)到減少項(xiàng)目投資成本,縮短項(xiàng)目周期的目的。

        4.2 焊接機(jī)器人工位布置

        根據(jù)經(jīng)驗(yàn)機(jī)器人工位布置遵循以下幾條:(1)根據(jù)機(jī)器人6關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍及可達(dá)性,若機(jī)器人相互工作區(qū)域沒有共同區(qū)域,即工作期間不到達(dá)共同的空間,則以機(jī)器人活動(dòng)可達(dá)范圍區(qū)分,將另外的機(jī)器人布置在可達(dá)范圍以外;(2)若機(jī)器人之間有交互區(qū)域,機(jī)器人相互間的距離不得小于1500mm,此時(shí)需要對(duì)機(jī)器人設(shè)置干涉區(qū);(3)若機(jī)器人工位與人工工位相鄰,則必須有安全隔離護(hù)欄,以提高安全性,機(jī)器人與圍欄的距離在機(jī)器人工作軌跡最接近圍欄的地方不得小于200mm。(4)機(jī)器人的站位不宜過高,根據(jù)車身廠房評(píng)估,不能與廠房上方設(shè)備干涉,且要人員可達(dá)便于維護(hù);(5)控制柜要就近布置在機(jī)器人附近的圍欄外,便于機(jī)器人調(diào)試方便及減少機(jī)器人的通訊線長(zhǎng)度。

        4.3 定位銷設(shè)計(jì)

        高精度薄板零件焊接前,需要對(duì)其進(jìn)行裝夾定位,定位銷是其中一種定位元件。定位銷一般位于鈑金件定位孔內(nèi),要求耐磨。它屬于高精度零件,通常使用定位銷尺寸有8\10\13\16\18\20\25。設(shè)計(jì)定位時(shí),根據(jù)零件定位孔的大小,從推薦的標(biāo)準(zhǔn)里選取即可。下車體安裝定位銷的位置,通常選擇如圖4定位點(diǎn)區(qū)域。車身合拼工位是主要定位拼臺(tái),是完成整個(gè)車架定位的關(guān)鍵基礎(chǔ),其中主定位孔位于前后大梁上,零件(前地板)定位選取在零件與前后車架搭接處。

        5 結(jié)語

        汽車自動(dòng)化焊裝生產(chǎn)線是在當(dāng)今汽車智能制造發(fā)展的強(qiáng)勁需求下形成的,而高節(jié)拍柔性化生產(chǎn)線是當(dāng)前自動(dòng)化生產(chǎn)線的主流趨勢(shì)。高節(jié)拍柔性化生產(chǎn)線最顯著的優(yōu)勢(shì)就是適應(yīng)多種汽車車型、靈活度高、占地面積集中,能大大提高焊裝生產(chǎn)線工藝流程的節(jié)拍速度,降低人力資本的投入,更適應(yīng)了當(dāng)今汽車市場(chǎng)車型更新?lián)Q代迅速的客觀需求。本文通過對(duì)汽車焊接柔性生產(chǎn)線的設(shè)計(jì),從柔性焊接生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)內(nèi)容出發(fā),分別從柔性焊接夾具的技術(shù)要求、抓手設(shè)計(jì)以及機(jī)器人布置規(guī)則等方面論述。通過對(duì)下車體柔性焊接生產(chǎn)線的分析,對(duì)其設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行研究,為自動(dòng)化生產(chǎn)中工業(yè)機(jī)器人的使用奠定基礎(chǔ)。

        6 展望

        多品種、小批量是現(xiàn)階段汽車樣車開發(fā)的顯著特點(diǎn)。本文所開發(fā)的夾具結(jié)構(gòu),具備成本低、設(shè)計(jì)制造周期短、輕量化等特點(diǎn),很好地實(shí)現(xiàn)了樣車車身的低成本、柔性化制造。但是柔性工作站的夾具目前只是同平臺(tái)的車型進(jìn)行生產(chǎn),不同平臺(tái)功能做了預(yù)留,能否很好的實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)的車型柔性生產(chǎn),還有待驗(yàn)證。

        參考文獻(xiàn):

        [1]單利華,劉曉晨,王玉光.汽車行業(yè)數(shù)字化車間技術(shù)探索[J].汽車實(shí)用技術(shù),2017(10):117-119.

        [2]漆俊杰.轎車白車身焊裝生產(chǎn)線的工藝規(guī)劃與布局設(shè)計(jì)[J].南方農(nóng)機(jī),2018,49(12):53.

        [3]張英華.焊接機(jī)器人工作站的設(shè)計(jì)[J].電焊機(jī),2014,44(08):104-106. [4]秦承華,楊黃銳,張穎,熊瑋.汽車中通道焊接柔性生產(chǎn)線設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].汽車零部件,2021(07):85-88.

        [5] 李占營(yíng),年雪山,魏迎旺.論轎車車身柔性焊裝線的規(guī)劃及應(yīng)用[J].汽車工藝與材料,2010(09):17-20.

        [6]羅琪,李龍,張強(qiáng).汽車總焊柔性生產(chǎn)線系統(tǒng)優(yōu)化的研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2018(S1):132-135.

        [7]葉坤.商用車國(guó)六后處理器機(jī)器人焊接生產(chǎn)線特點(diǎn)研究[J].電焊機(jī),2020,50(03):41-48+141-142.

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