程雷

唐山松下產(chǎn)業(yè)機(jī)器有限公司 河北唐山 063000

1 序言

隨著當(dāng)今汽車及兩輪車產(chǎn)品逐步向著個(gè)性化方向發(fā)展，其產(chǎn)品的更新、改型周期加快，使得生產(chǎn)批量越來越少，而品種卻越來越多。機(jī)器人焊接因其效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、重復(fù)性好及柔性強(qiáng)的優(yōu)勢而越來越多地被應(yīng)用在智能制造領(lǐng)域，例如，汽車行業(yè)中機(jī)器人焊接應(yīng)用占比約40%。如果說工廠使用焊接機(jī)器人的目的主要是為了提高焊接生產(chǎn)的質(zhì)量和效率，那只能是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的初級階段，完全采用過去常用的剛性自動(dòng)化設(shè)備或?qū)C(jī)已經(jīng)很難適應(yīng)產(chǎn)品多變的要求[1，2]，智能柔性化焊接生產(chǎn)線的柔性化特點(diǎn)正是解決這一矛盾的最佳方案。柔性化焊接生產(chǎn)線是在相同的地方、同一條生產(chǎn)線上可同時(shí)滿足多種車型的生產(chǎn)，其通用設(shè)備和公用動(dòng)力設(shè)施一次性投入、永久性使用，每次開發(fā)新車型時(shí)，只需增加局部專用設(shè)備，改造事先預(yù)置的通用設(shè)備和調(diào)試共用化程序，因此避免了重復(fù)投資造成的浪費(fèi)，并且縮短了技改時(shí)間。然而，專用設(shè)備通常為各車型的夾具和抓手，如何快速且有效完成夾具切換，成為柔性生產(chǎn)線的關(guān)鍵技術(shù)[3]。柔性化焊接生產(chǎn)線有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①柔性化機(jī)器人的應(yīng)用。②柔性化切換系統(tǒng)。③高速輸送系統(tǒng)。在此主要介紹一種機(jī)器人焊接系統(tǒng)夾具智能快換裝置的設(shè)計(jì)及柔性化。

2 焊接夾具柔性化及快換裝置的特點(diǎn)

在柔性化焊接生產(chǎn)線上，由于各種車型或配置的差異化需求，導(dǎo)致工裝夾具種類和數(shù)量繁多，因此在不能實(shí)現(xiàn)各車型共用的情況下，工裝夾具要通過切換來適應(yīng)不同車型的變化，實(shí)現(xiàn)柔性化共線[4]。

夾具的柔性化設(shè)計(jì)具體體現(xiàn)為：一是夾具和夾具梁整體更換，這種形式適合產(chǎn)品差異較大的零件；另一種是夾具梁和電磁閥端子等共用，只快換夾具[5]，這種形式適合同一車型且差異較小的產(chǎn)品。本文主要介紹一種適于產(chǎn)品差異較大場合的夾具快換裝置的設(shè)計(jì)方案，即夾具和夾具梁整體更換，主要體現(xiàn)在夾具梁和變位機(jī)之間的快換上。

目前，現(xiàn)有的夾具裝卸多采用數(shù)量不等的螺栓和螺母將夾具固定，在進(jìn)行夾具換型時(shí)，需要人工進(jìn)行找正定位、緊固、示教調(diào)試等多個(gè)步驟。由此，導(dǎo)致夾具在更換時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度大，更換時(shí)間長，且容易產(chǎn)生調(diào)試不良品，這在很大程度上影響了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)品質(zhì)，不能滿足自動(dòng)化生產(chǎn)線的需求。此外，在螺栓和螺母重復(fù)頻繁松緊的過程中，易出現(xiàn)螺栓和螺母的損壞，從而影響設(shè)備正常穩(wěn)定運(yùn)行。

本文所述夾具快換裝置的設(shè)計(jì)示例，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)踐，可以大幅提高夾具更換的效率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)品質(zhì)，提升焊接生產(chǎn)線對柔性化的需求。該裝置可推廣應(yīng)用在焊接生產(chǎn)線對柔性化有提升需求的場合，如汽車行業(yè)的排氣焊接生產(chǎn)線對汽車消聲器的焊接場合，以及兩輪車行業(yè)的摩托車車架焊接生產(chǎn)線對車架的焊接場合（見圖1）。

圖1 夾具快換裝置可試用的焊接產(chǎn)品

3 焊接夾具快換裝置的設(shè)計(jì)方案

焊接夾具智能快換裝置，可解決焊接夾具的拆卸及裝夾效率低及頻繁松緊標(biāo)準(zhǔn)件對設(shè)備造成運(yùn)行不穩(wěn)定的問題，從而提升焊接生產(chǎn)線的柔性化需求。

焊接夾具智能快換裝置包括主從動(dòng)端快換結(jié)構(gòu)、從動(dòng)端定位結(jié)構(gòu)、夾具小車導(dǎo)向定位結(jié)構(gòu)（見圖2）。主從動(dòng)端快換結(jié)構(gòu)由氣動(dòng)舉升機(jī)構(gòu)將夾具小車送來的夾具升起和落下，起到接夾具和卸夾具的作用（見圖3）。帶鎖氣缸在導(dǎo)向銷和導(dǎo)向板導(dǎo)向作用下實(shí)現(xiàn)對夾具的夾緊和放松，同時(shí)帶鎖氣缸保證了夾具在系統(tǒng)突然斷電和斷氣情況下的安全；從動(dòng)端定位結(jié)構(gòu)用穿銷氣缸將處于換型狀態(tài)的變位機(jī)進(jìn)行定位，以保證夾具的精確定位（見圖4）；夾具小車導(dǎo)向定位結(jié)構(gòu)是夾具周轉(zhuǎn)及裝卸夾具的必要組成部分，是實(shí)現(xiàn)智能快換的前提保障。

圖2 夾具快換的總體設(shè)計(jì)方案

圖3 主從動(dòng)端快換裝置

圖4 從動(dòng)端插銷定位及快換裝置

通過對焊接夾具換型時(shí)的螺栓緊固結(jié)構(gòu)和對焊接夾具的裝卸方式進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)焊接夾具在機(jī)器人自動(dòng)焊接工作站的智能快換。

首先，裝載夾具的小車通過夾具小車導(dǎo)向定位結(jié)構(gòu)（見圖5）進(jìn)行出入工作站導(dǎo)向和準(zhǔn)確定位，夾具小車導(dǎo)向部分沿著導(dǎo)向板推至定位塊處，同時(shí)夾具部分沿著主從動(dòng)端快換結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向球到達(dá)精定位塊處，由壓緊氣缸將夾具小車壓緊，從而進(jìn)入夾具裝夾的準(zhǔn)確預(yù)定位置；然后操作舉升按鈕，控制主從動(dòng)端快換結(jié)構(gòu)中的氣動(dòng)舉升機(jī)構(gòu)到達(dá)接夾具位置，同時(shí)定位銷穿入夾具，定位板支撐住夾具，此時(shí)夾具脫離了夾具小車，把小車推至工作站外部后，操作落下按鈕控制夾具降至固定位置；其次，操作壓緊按鈕，帶鎖氣缸帶動(dòng)夾具壓頭在導(dǎo)向銷及導(dǎo)向板的作用下對夾具進(jìn)行自動(dòng)壓緊，并起到斷電及斷氣后安全鎖緊夾具的作用；最后，在連接氣電快插后完成智能裝夾過程，隨后起動(dòng)焊接程序以完成機(jī)器人對夾具上工件的自動(dòng)焊接（見圖6）。

圖5 夾具小車導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)

圖6 焊接生產(chǎn)線的夾具小車及快換裝置實(shí)例

機(jī)器人完成自動(dòng)焊接后，需要對夾具進(jìn)行換型操作時(shí)，首先啟動(dòng)從動(dòng)端定位結(jié)構(gòu)，插銷氣缸帶動(dòng)定位銷沿導(dǎo)向套進(jìn)入從動(dòng)端回轉(zhuǎn)盤的定位套位置，防止了從動(dòng)端在換型過程中隨意轉(zhuǎn)動(dòng)，為換型提供穩(wěn)定保障；然后對工作站現(xiàn)有夾具進(jìn)行拆卸氣電快插，再操作氣動(dòng)舉升按鈕使夾具升起到位后，將小車推至預(yù)定位置，之后操作落下按鈕使夾具落至換型小車上，之后把小車推至工作站外預(yù)定位置，將裝載著新夾具的小車推至預(yù)定位置，進(jìn)行智能裝夾的循環(huán)操作。

4 結(jié)束語

針對當(dāng)今汽車及兩輪車產(chǎn)品焊接生產(chǎn)線的柔性化需求，介紹了焊接夾具柔性化、快換裝置的特點(diǎn)，以及一種夾具快換裝置的設(shè)計(jì)方案，焊接生產(chǎn)線柔性化的夾具智能快換裝置，減少夾具的設(shè)計(jì)、制造和安裝調(diào)試時(shí)間，縮短了換模時(shí)間，提高了生產(chǎn)能力，降低了生產(chǎn)成本。與專用夾具相比，具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，特別適用于多品種、小批量生產(chǎn)的焊接系統(tǒng)，以創(chuàng)新的理念結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，對焊接生產(chǎn)線柔性化設(shè)計(jì)與應(yīng)用具有一定參考價(jià)值。