鄧朝結(jié)

摘 要：本論文結(jié)合汽車曲面玻璃有特殊的曲面，通過深入的分析與研究，設(shè)計(jì)了一種機(jī)械臂汽車玻璃PVC自動(dòng)包邊設(shè)備，能夠提高設(shè)備加工的穩(wěn)定性，提高加工效率，并能減少設(shè)備加工的工件動(dòng)平衡性能對(duì)設(shè)備加工精度的影響。

關(guān)鍵詞：汽車玻璃；PVC；自動(dòng)包邊設(shè)備；

Abstract： This issue has a special combination of car curved glass surface， through in-depth analysis and research， we designed a manipulator auto glass PVC automatic wrapping device to improve the stability of processing equipment， improve processing efficiency and reduce processing equipment influence of processing equipment accuracy workpiece balancing performance.

Keywords ： Auto glass； PVC ；automatic wrapping equipment；selection

1.前言

汽車曲面玻璃有特殊的曲面，使得對(duì)于該曲面邊界的高精度包邊加工存在一定的難度。機(jī)床設(shè)備的靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能，包括機(jī)床的剛度、定位精度、穩(wěn)定性等，都會(huì)對(duì)汽車玻璃包邊加工的加工產(chǎn)生很大影響。立足于現(xiàn)有的汽車玻璃PVC自動(dòng)包邊設(shè)備，避免了傳統(tǒng)玻璃包邊設(shè)備的一些不足和劣勢，經(jīng)過了深入的分析與研究，提出一種機(jī)械臂汽車玻璃PVC自動(dòng)包邊設(shè)備，通過機(jī)械臂，能對(duì)不同形狀和尺寸規(guī)格的汽車玻璃進(jìn)行拾取，對(duì)汽車玻璃進(jìn)行安裝定位，檢測需要進(jìn)行包的邊界，對(duì)汽車玻璃邊界可以進(jìn)行PVC包邊處理等。

2.傳動(dòng)方案的確定

汽車玻璃曲面構(gòu)造獨(dú)特，曲面復(fù)雜，且加工精度要求高。對(duì)其進(jìn)行PVC包邊加工時(shí)，采用將汽車玻璃固定在工作臺(tái)上，加工機(jī)構(gòu)沿著玻璃邊沿移動(dòng)，用加熱后的PVC包邊條對(duì)汽車玻璃進(jìn)行塑形包邊加工，從完成對(duì)曲面玻璃的包邊加工。若采用傳統(tǒng)模具進(jìn)行汽車玻璃包邊，由于加工過程中汽車玻璃需要進(jìn)行長時(shí)間固定，等待PVC冷卻塑形，加工時(shí)間長所需溫度過高，對(duì)環(huán)境要求高，加工效率低。針對(duì)以上不足，提出了一種機(jī)械臂汽車玻璃PVC自動(dòng)包邊加工設(shè)備，采用機(jī)械臂環(huán)繞加工的方法，對(duì)不同形狀和尺寸規(guī)格的汽車玻璃進(jìn)行PVC塑形包邊。

設(shè)計(jì)一臺(tái)汽車玻璃PVC自動(dòng)包邊設(shè)備，包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、工具系統(tǒng)、定位系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等，設(shè)備有效操作空間。

機(jī)械臂汽車玻璃PVC自動(dòng)包邊加工設(shè)備初步方案：機(jī)械手A通過真空吸盤對(duì)不同形狀和尺寸規(guī)格的汽車玻璃進(jìn)行拾取和釋放，通過天車軌道運(yùn)動(dòng)至工作臺(tái)上方，工作臺(tái)通過液壓缸陣列的升降和真空吸盤對(duì)曲面玻璃進(jìn)行夾緊固定。固定后，機(jī)械臂B控制包邊機(jī)構(gòu)，依靠各傳感器，圍繞汽車玻璃外檐精確移動(dòng)，對(duì)汽車玻璃進(jìn)行PVC塑形包邊。考慮到設(shè)備的加工效率，可以安裝多個(gè)機(jī)械手A，減少安裝和釋放的時(shí)間間隔，提高工作效率。整體方案如圖1所示。

3.總體方案的設(shè)計(jì)分析以及優(yōu)化

初步設(shè)計(jì)方案有以下不足之處：

（1）雖然該設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同形狀和不同尺寸規(guī)格汽車玻璃的PVC塑形包邊，但是，包邊材料的選擇對(duì)加熱裝置的選擇的影響很大，從而影響整體結(jié)構(gòu)。

（2）對(duì)于設(shè)備數(shù)據(jù)庫內(nèi)沒有的玻璃型號(hào)，機(jī)械臂B無法進(jìn)行快速加工。

針對(duì)以上不足，經(jīng)改善后提出以下方案：

進(jìn)給系統(tǒng)改善方案：包邊材料采用PVC包邊條。并建立數(shù)據(jù)庫采集和對(duì)比程序，在加工的同時(shí)進(jìn)行采集和對(duì)比工作，從而采集本型號(hào)汽車玻璃數(shù)據(jù)或調(diào)用同型號(hào)汽車玻璃數(shù)據(jù)。

4.主要零部件的設(shè)計(jì)

根據(jù)包邊設(shè)備對(duì)機(jī)械臂的要求，確定機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)形式為關(guān)節(jié)型，采取步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用齒輪傳動(dòng)和同步帶傳動(dòng)。

4.1機(jī)械臂A的設(shè)計(jì)

步進(jìn)電機(jī)沒有反饋也能夠控制相應(yīng)的位置和速度；具有一定的自鎖能力和保持扭矩能力。位置誤差不會(huì)積累，有助于控制系統(tǒng)的定位。

該軸應(yīng)選用材料為45號(hào)鋼（組合一）。

（4）第四關(guān)節(jié)的軸設(shè)計(jì)

機(jī)械臂A的第四關(guān)節(jié)和第一關(guān)節(jié)基本一致。該軸應(yīng)選用材料為20號(hào)鋼（組合一），許用剪切應(yīng)力的系數(shù)為C=74.1。

機(jī)械臂B各軸設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)與上相似，這里就不一一列舉。

4.4機(jī)械臂材料選擇

臂部要具有較高的剛度。為了防止在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械臂的手臂可能產(chǎn)生過大的變形，要合理的設(shè)計(jì)手臂的截面形狀。常見的手臂截面有工字型和槽型。通過計(jì)算結(jié)果的分析，機(jī)械臂A靠近第一關(guān)節(jié)處受力最大，通過比較確定機(jī)械臂截面形狀為工字型的，選擇機(jī)械臂材料：45號(hào)鋼。

4.5玻璃包邊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)（機(jī)械臂B的機(jī)械手）

根據(jù)汽車整體設(shè)計(jì)的需要，除前門玻璃和后門玻璃以外，其他的汽車玻璃都需要進(jìn)行塑性包邊加工。玻璃進(jìn)行塑性包邊后，外觀會(huì)更好，密封性也會(huì)得到加強(qiáng)，同時(shí)也能夠降低風(fēng)噪。

通過對(duì)幾種包邊方式的分析比較，結(jié)合本設(shè)備的要求，初步采用機(jī)器人滾輪包邊。參考KUKA工業(yè)包邊機(jī)器人，設(shè)計(jì)原理圖，如圖4所示

驅(qū)動(dòng)輪1帶動(dòng)PVC包邊條從左上側(cè)進(jìn)入加熱機(jī)構(gòu)，PVC包邊條在加熱機(jī)構(gòu)中加熱到一定溫度后，驅(qū)動(dòng)輪2帶動(dòng)已經(jīng)加熱完成的PVC包邊條送出加熱機(jī)構(gòu)，進(jìn)行包邊。右側(cè)包邊機(jī)構(gòu)的前輪起導(dǎo)向作用，后輪將加熱好的PVC包邊條固定在汽車玻璃上，壓緊。考慮到汽車玻璃表面灰塵問題，可以再前輪前面加一個(gè)除塵裝置，提高包邊質(zhì)量。

5、總體設(shè)計(jì)

CATIA軟件以其強(qiáng)大的曲面設(shè)計(jì)功能而在飛機(jī)、汽車、輪船等設(shè)計(jì)領(lǐng)域享有很高的聲譽(yù)。CATIA的曲面造型功能體現(xiàn)在它提供了極豐富的造型工具來支持用戶的造型需求。比如其特有的高次Bezier曲線曲面功能，次數(shù)能達(dá)到15，能滿足特殊行業(yè)對(duì)曲面光滑性的苛刻要求。通過軟件主要完成了主要零件的建模，包括機(jī)械臂A，機(jī)械臂B，底座，工作臺(tái)等，最后形成總裝圖。

6.總結(jié)

本文針對(duì)汽車曲面玻璃的特殊性及對(duì)包邊設(shè)備的特殊要求，結(jié)合現(xiàn)有的包邊設(shè)備的不足，提出了一種機(jī)械臂汽車玻璃PVC自動(dòng)包邊加工設(shè)備，采用機(jī)械臂環(huán)繞加工的方法，對(duì)不同形狀和尺寸規(guī)格的汽車玻璃進(jìn)行PVC塑形包邊，并介紹了重零部件的設(shè)計(jì)過程，利用CATIA軟件進(jìn)行三維造型形成總體裝配圖

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