許麗虹，謝艷蘭

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西 柳州545007）

?

柔性公共補(bǔ)焊線(xiàn)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

許麗虹，謝艷蘭

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西 柳州545007）

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)人工焊接線(xiàn)的弊端，開(kāi)發(fā)了高柔性化、高自動(dòng)化率的柔性公共補(bǔ)焊線(xiàn)，該補(bǔ)焊線(xiàn)采用高速滾床與滑撬的輸送方式實(shí)現(xiàn)白車(chē)身的高速輸送，提高生產(chǎn)效率，提升自動(dòng)化率，改善人機(jī)工程，提高設(shè)備的重復(fù)利用率，降低制造成本。重點(diǎn)闡述了該公共補(bǔ)焊線(xiàn)的工作過(guò)程、工作原理、工藝布局及結(jié)構(gòu)形式，以及在實(shí)際應(yīng)用中所取得的效果。

關(guān)鍵詞：公共補(bǔ)焊線(xiàn)；輸送；滾床；升降；滑橇；線(xiàn)旁?shī)A具

隨著現(xiàn)代化工廠對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)效率的要求越來(lái)越高，對(duì)勞動(dòng)者保護(hù)、人機(jī)工程的重視，以及人力成本的逐年增加，傳統(tǒng)的人工焊接方式漸漸被自動(dòng)化生產(chǎn)取代。同時(shí)，隨著汽車(chē)市場(chǎng)的發(fā)展，汽車(chē)的車(chē)型越來(lái)越多，更新?lián)Q代的周期越來(lái)越短，原來(lái)規(guī)劃單一車(chē)型的生產(chǎn)方式不僅生產(chǎn)率低，而且設(shè)備通用性低，已經(jīng)不能滿(mǎn)足當(dāng)前汽車(chē)規(guī)劃的發(fā)展趨勢(shì)［1］。因此，開(kāi)發(fā)具有高自動(dòng)化、高兼容性、高效率的自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線(xiàn)迫在眉睫。

車(chē)身公共補(bǔ)焊線(xiàn)正是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生的。我們開(kāi)發(fā)了一種通過(guò)高速滾床與滑撬輸送白車(chē)身的柔性公共補(bǔ)焊線(xiàn)，將一部分主線(xiàn)人工焊點(diǎn)分配到公共補(bǔ)焊線(xiàn)焊接實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接，減少生產(chǎn)線(xiàn)操作工人數(shù)量，改善人機(jī)工程，提升車(chē)間自動(dòng)化率。同時(shí)柔性公共補(bǔ)焊線(xiàn)能夠滿(mǎn)足多個(gè)車(chē)型的白車(chē)身焊接，廠房、公用動(dòng)力設(shè)施和通用設(shè)備一次性投入，滑撬定位工裝根據(jù)車(chē)型切換，新車(chē)型的導(dǎo)入只需設(shè)計(jì)專(zhuān)用車(chē)型的夾具工裝，設(shè)備利用率高。

1　方案設(shè)計(jì)

1.1總體方案

高速滾床具有輸送速度快、停止精度高的特點(diǎn)［2］。柔性公共補(bǔ)焊線(xiàn)采用滾床與滑橇的輸送方式，并根據(jù)機(jī)器人焊接對(duì)白車(chē)身定位精度的需求，補(bǔ)焊工位采用線(xiàn)旁?shī)A具實(shí)現(xiàn)白車(chē)身的精確定位，人工檢測(cè)工位采用固定式滾床，在保證節(jié)拍的同時(shí)降低設(shè)備制造成本。

公共補(bǔ)焊線(xiàn)機(jī)器人焊接工位的工作原理是滾床滑橇整體舉升將白車(chē)身抬離焊接夾具，滑橇水平運(yùn)動(dòng)將白車(chē)身輸送至下工位，滾床整體下降，同時(shí)白車(chē)身落在焊接夾具上，機(jī)器人對(duì)白車(chē)身進(jìn)行補(bǔ)焊，過(guò)程示意如圖1所示。

圖1　補(bǔ)焊線(xiàn)設(shè)備工作過(guò)程示意

1.2工藝布局

每條補(bǔ)焊線(xiàn)設(shè)計(jì)工位節(jié)距6 m，有效操作工位10個(gè)，其中1#、2#為預(yù)留工位，3#、4#、5#、6#、7#為機(jī)器人補(bǔ)焊工位，8#、9#、10#為人工檢測(cè)及對(duì)缺陷焊點(diǎn)修復(fù)工位，運(yùn)行節(jié)拍為40 JPH（Job Per Hour，臺(tái)/小時(shí)），共20臺(tái)電阻點(diǎn)焊機(jī)器人完成白車(chē)身焊點(diǎn)補(bǔ)焊，改善人機(jī)工程，提升自動(dòng)化率，將車(chē)間的自動(dòng)化率提升至35%.

1.3焊接工藝

公共補(bǔ)焊線(xiàn)采用點(diǎn)焊機(jī)器人實(shí)現(xiàn)白車(chē)身的自動(dòng)焊接。焊接機(jī)器人是本體獨(dú)立、動(dòng)作自由度多、程序變更靈活、自動(dòng)化程度高和柔性程度極高的焊接設(shè)備，而且它們的重復(fù)精度高、焊接質(zhì)量好、運(yùn)動(dòng)速度快和動(dòng)作穩(wěn)定可靠。

1.4滑橇返回方案

公共補(bǔ)焊線(xiàn)滾床的滑橇采用從空中返回的形式，同時(shí)與空中機(jī)運(yùn)線(xiàn)的滑橇兼容共用，以減少滑橇的種類(lèi)及數(shù)量，簡(jiǎn)化整車(chē)間不同輸送系統(tǒng)之間的切換，減少設(shè)備的數(shù)量與投資。

2　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1高速滾床

高速滾床由支撐架、五組包膠棍輪、接近開(kāi)關(guān)、皮帶輪、同步傳送帶、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等組件組成。支撐架由矩形鋼管焊接并精加工而成，強(qiáng)度高。五組棍子在支撐架上均勻布置。在滑橇前進(jìn)方向的一端設(shè)計(jì)有機(jī)座，電機(jī)固定在機(jī)座上。高速滾床的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　高速滾床的結(jié)構(gòu)

高速滾床利用摩擦傳動(dòng)原理進(jìn)行白車(chē)身水平方向高速輸送。水平電機(jī)啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)安裝在電機(jī)出軸的皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)同步傳送帶將動(dòng)力傳遞給支撐架上的五組傳動(dòng)軸，固定在傳動(dòng)軸上包膠棍輪與傳動(dòng)軸一起旋轉(zhuǎn)。位于包膠棍輪上的滑撬通過(guò)滑撬底面與棍輪間產(chǎn)生的摩擦力驅(qū)動(dòng)滑撬做高速水平運(yùn)動(dòng)。通過(guò)到位檢測(cè)組件可以實(shí)現(xiàn)滑橇的減速、到位檢測(cè)。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)在滾床前端，不占用兩側(cè)定位工裝的空間，結(jié)構(gòu)緊湊，且同步傳送帶受力一致性好。

2.2升降臺(tái)

升降滾床的形式多樣，主要有剪刀叉結(jié)構(gòu)、凸輪擺臂加導(dǎo)向桿、氣缸加導(dǎo)向桿，齒輪齒條等。凸輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，能方便地設(shè)計(jì)凸輪輪廓以實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律［3］。為保證滾床的升降精度采用了凸輪擺臂機(jī)構(gòu)，將凸輪的等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樯蹬_(tái)連續(xù)的升降運(yùn)動(dòng)。

凸輪同步升降機(jī)構(gòu)由升降臺(tái)、升降動(dòng)力組件、升降導(dǎo)向組件、維修安全托架、升降到位檢測(cè)、底座等組成。升降動(dòng)力組件包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)、十字萬(wàn)向聯(lián)軸器、凸輪擺臂，減速機(jī)一與驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接連接，減速機(jī)一和減速機(jī)二安裝在高精度的底座上，四組凸輪擺臂機(jī)構(gòu)直接安裝在減速機(jī)側(cè)面出軸上，減速機(jī)一與減速機(jī)二通過(guò)十字萬(wàn)向聯(lián)軸器傳遞動(dòng)力，保證了兩個(gè)減速機(jī)出軸的同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

升降結(jié)構(gòu)臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　升降臺(tái)結(jié)構(gòu)

凸輪升降工作原理是驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)，通過(guò)兩個(gè)減速機(jī)帶動(dòng)四個(gè)凸輪擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪擺臂上的支撐軸承將升降臺(tái)頂升，同時(shí)升降臺(tái)由4組導(dǎo)向組件進(jìn)行精確導(dǎo)向，確保升降運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)，到位檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到升降臺(tái)上升到位后，電機(jī)抱閘，保持工作臺(tái)的停止位置不變。

設(shè)備工作時(shí)，維修安全托架放下；維修時(shí)，維修安全托架撐起，保證設(shè)備在斷電狀態(tài)下維修維護(hù)的安全。

凸輪擺臂升降機(jī)構(gòu)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的機(jī)械擺臂機(jī)構(gòu)，對(duì)灰塵和焊渣不敏感，運(yùn)動(dòng)軌跡簡(jiǎn)單，零件易于加工，且加工精度易于控制。

2.3滑橇定位結(jié)構(gòu)

滑橇的精確定位采用接近開(kāi)關(guān)和機(jī)械機(jī)構(gòu)定位相結(jié)合的方法。

滾床上設(shè)計(jì)滑橇導(dǎo)向組件，對(duì)滑橇的側(cè)面進(jìn)行導(dǎo)向，控制滑橇的橫向偏移，保證其輸送的平穩(wěn)。

在滑橇上設(shè)計(jì)定位孔，同時(shí)在升降滾床上設(shè)計(jì)定位銷(xiāo)組件，通過(guò)定位孔和定位銷(xiāo)配合實(shí)現(xiàn)滑橇在X、Y兩個(gè)方向上的重復(fù)定位精度。滑橇通過(guò)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)其到位后停止后，滾床上的定位銷(xiāo)上升并伸入滑橇的定位孔中，對(duì)滑橇精確定位。其定位精度可達(dá)到±0.2 mm，保證白車(chē)身能夠精確的落到線(xiàn)旁?shī)A具上。

其精確定位結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4　滑橇的精確定位結(jié)構(gòu)

2.4線(xiàn)旁?shī)A具結(jié)構(gòu)

柔性?shī)A具應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于拆卸、方便維修，元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、模塊化、可調(diào)化［4］。翻轉(zhuǎn)工裝夾具具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障隱患小，造價(jià)低，重復(fù)定位精度高的特點(diǎn)，故線(xiàn)旁?shī)A具采用翻轉(zhuǎn)式。

通過(guò)將N111L的車(chē)身X坐標(biāo)移動(dòng)+210 mm，將CN112的車(chē)身X坐標(biāo)移動(dòng)+1795 mm，Z坐標(biāo)移動(dòng)+402 mm，實(shí)現(xiàn)了只設(shè)計(jì)9套夾具即可滿(mǎn)足N111、N111L、N111D09、N120、CN112車(chē)型的柔性定位，為后續(xù)增加的車(chē)型預(yù)留設(shè)計(jì)空間，并為機(jī)器人預(yù)留足夠的空間進(jìn)行焊接。其定位精度為±0.15 mm，要求夾具穩(wěn)定性好，易于安裝調(diào)試。

補(bǔ)焊線(xiàn)定位工裝結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5　補(bǔ)焊線(xiàn)的車(chē)身定位工裝

升降滾床與線(xiàn)旁?shī)A具結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6　升降滾床與線(xiàn)旁?shī)A具

3　結(jié)束語(yǔ)

柔性公共補(bǔ)焊線(xiàn)采用升降式高速滾床與滑撬輸送方式替代傳統(tǒng)的往復(fù)桿式輸送線(xiàn)，將白車(chē)身的輸送、定位夾緊時(shí)間由28 s減少到16 s，提高生產(chǎn)效率。柔性公共補(bǔ)焊線(xiàn)實(shí)現(xiàn)多種車(chē)型柔性化生產(chǎn)模式，同時(shí)焊裝主線(xiàn)轉(zhuǎn)移部分人工焊點(diǎn)到補(bǔ)焊線(xiàn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接，減少生產(chǎn)線(xiàn)操作工人數(shù)量，提高車(chē)間自動(dòng)化率。

柔性公共補(bǔ)焊線(xiàn)柔性高，效率高，自動(dòng)化率高，高速滾床加滑撬的模式不僅可以應(yīng)用于補(bǔ)焊線(xiàn)，還可以推廣至主線(xiàn)焊裝等生產(chǎn)線(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

［1］李建收，汪娟，倪寶，等.柔性化高速輸送系統(tǒng)在焊裝生產(chǎn)的應(yīng)用［J］.電焊機(jī)，2013，43（2）:20-25.

［2］吳國(guó)峰，艾學(xué)崇，尚校.高速輸送設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.汽車(chē)工藝與材料，2014，（5）:68-72.

［3］陳秀寧.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］.杭州：浙江大學(xué)出版社，2007.

［4］丁濤，鄒環(huán)環(huán)，劉剛.白車(chē)身焊接夾具的柔性化方案探究［J］.裝備維修技術(shù)，2003，（1）:54-57.

The Design and Application of Flexible Common Respot Line

XU Li-hong，XIE Yan-lan
（SAIC-GM-Wuling Auto Co.，ltd，Liuzhou Guangxi 545007，China）

Abstract：In view of the disadvantages of conventional manual welding line，developed high flexible and high automation rate common respot line.Flexible common respot line uses high-speed roller bed&skid to achieve BIW conveying，which enhances productivity，increase automation rate，improves ergonomics，increases repeated utilization ratio of equipments and reduces manufacturing cost.This paper mainly expounds the working process，working principle，process layout and structure，and the effects achieved in practical application.

Key words：common respot line；convey；roller bed；lifting；skid；fixture aside line

中圖分類(lèi)號(hào)：U468.2.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-545X（2016）03-0157-03

收稿日期：2015-12-19

作者簡(jiǎn)介：許麗虹（1987-），女，廣西柳州人，本科，助理工程師，主要從事車(chē)身工裝夾具及輸送設(shè)備的研究。