汽車底盤件機(jī)器人柔性焊接生產(chǎn)線的設(shè)計

siasun · 發(fā)表于 2007-5-14 15:53:53

近年來,，焊接機(jī)器人在我國汽車工業(yè)中得到了大量應(yīng)用，每年有近千臺的焊接機(jī)器人投入汽車生產(chǎn)中,。除了汽車整裝廠使用大量機(jī)器人焊接外,，在汽車零部件工廠也有大量的應(yīng)用，特別是在汽車底盤件的生產(chǎn),。由于底盤件是汽車的重要結(jié)構(gòu)安全件,，其焊接質(zhì)量對汽車的安全性起決定作用，因此大都采用機(jī)器人來焊接,。

機(jī)器人焊接生產(chǎn)線設(shè)備構(gòu)成

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圖1,，副車架

圖2，控制臂

圖3,，后拖曳臂

該機(jī)器人焊接生產(chǎn)線主要用于轎車底盤件的左右控制臂總成,、副車架總成、左右后拖曳臂總成的焊接,，工件如圖1,，圖2

圖3所示。在選擇生產(chǎn)線的設(shè)備時主要考慮以下幾個方面：

1）滿足生產(chǎn)綱領(lǐng),；
2）生產(chǎn)線具有很好的柔性,；
3）焊接質(zhì)量滿足產(chǎn)品要求；

對于副車架總成的焊接,，根據(jù)其焊縫的分布特點(diǎn),，采用雙機(jī)器人同時對稱施焊，可有效控制焊接時產(chǎn)生的扭曲變形。通過對三種工件總成焊接時焊縫數(shù)量,、焊縫長度的統(tǒng)計,，以及對焊縫分布特點(diǎn)的分析，結(jié)合機(jī)器人焊接的特點(diǎn),，為了滿足單班制,、251天，年產(chǎn)6萬套/年的生產(chǎn)綱領(lǐng),，該機(jī)器人焊接生產(chǎn)線共由8套機(jī)器人焊接工作站組成,。其中左右控制臂總成的焊接由4套單機(jī)器人焊接工作站完成，副車架總成的焊接由3套雙機(jī)器人焊接工作站完成,，左右后拖曳臂總成的焊接由一套雙機(jī)器人焊接工作站完成,。各機(jī)器人焊接工作站的焊縫數(shù)量及焊接節(jié)拍如表1所示。每個機(jī)器人焊接工作站都配置有焊槍清理器和一套頭尾架焊接變位機(jī),，變位機(jī)可與機(jī)器人之間協(xié)調(diào)運(yùn)動,。

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其中輔助時間包括機(jī)器人空行程時間、裝卸件時間和焊槍清理時間,。機(jī)器人空行程時間按照每條焊縫3s計算,，裝卸件時間和焊槍清理時間按30s計算。計算機(jī)器人的焊接時間時取機(jī)器人的焊接速度為8mm/s,。
副車架機(jī)器人工作站布局圖如下所示,。

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圖4，副車架雙機(jī)器人焊接工作站平面布局圖

機(jī)器人焊接工裝夾具設(shè)計要點(diǎn)

（1）機(jī)器人焊接夾具采用標(biāo)準(zhǔn)化,、模塊化設(shè)計,，電控氣動夾緊的定位方式。由人工裝卸工件,，操作完畢,，發(fā)出允許工作的信號后自動控制夾緊、放松動作,；
（2）采用標(biāo)準(zhǔn)接口,，水、電,、氣采用快換接頭,，滿足柔性生產(chǎn)的要求；
（3）左右控制臂總成,、副車架及左右后拖曳臂總成三種工件的共同特點(diǎn)就是焊縫長度長,、數(shù)量多。由于焊接時有大量的熱輸入,，如果夾具設(shè)計不合理,，焊接后會產(chǎn)生很大的焊接變形,，影響尺寸精度。因此如何控制焊接變形是焊接夾具設(shè)計的關(guān)鍵,。在夾具設(shè)計時采用以下幾個措施：
（a）在長焊縫的定位夾緊部位采用整體銅材,，并通水冷卻，提高夾具的散熱效果,；
（b）采用具有自鎖功能的壓緊氣缸,；
（c）副車架殼體由高強(qiáng)鋼沖壓而成，難免有很大的彈性變形,，在總成夾具中采用TOX氣-液轉(zhuǎn)換缸壓緊,，保證足夠的壓緊力。
（4）為了裝卸工件方便,，保證裝卸工件時有很大的開敞性,，將夾具體安裝在滑動導(dǎo)軌上，通過氣缸帶動,，工件安裝好后,，焊接時夾具體自動滑入壓緊區(qū)壓緊，焊接完成后夾具自動打開,，夾具體滑出到裝卸工位,。

機(jī)器人焊接工作站的控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)用于機(jī)器人系統(tǒng)及其周邊裝置的協(xié)調(diào)與控制，可實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定,、系統(tǒng)編程、工作狀態(tài)顯示及故障報警顯示,。

PLC采用SIMATIC S7-300,，通過Profibus DP總線與夾具上兩個ET200S遠(yuǎn)程I/O模塊互聯(lián)。采用這種結(jié)構(gòu)既可減少現(xiàn)場接線,，又可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,；同時由于ET200S具有熱插拔和易于擴(kuò)展的特點(diǎn)，使系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)非常方便,。其中一個ET200S模塊用于夾具信號連接及動作控制,，另一個ET200S模塊用于夾具自動識別（通過短路線短接不同的輸入信號區(qū)別不同的夾具，簡單又可*）,，通過HMI SIMATIC-TP-170B觸摸屏作為人機(jī)界面,，實(shí)時顯示系統(tǒng)各部分的狀態(tài)，提高系統(tǒng)診斷和故障排除速度,。

焊接生產(chǎn)線的特點(diǎn)

在生產(chǎn)線的設(shè)計過程中,，生產(chǎn)線的柔性和安全性是兩個重要的原則。

1,、生產(chǎn)線的柔性,，主要體現(xiàn)在下列幾個方面：
（1）所有焊接設(shè)備及工裝夾具具有互換性,、通用性，通過更換夾具即可快速實(shí)現(xiàn)多種產(chǎn)品的生產(chǎn)要求,，更換時間不超過10分鐘,；
（2）機(jī)器人工作站具有互換性、通用性,，整個焊接區(qū)有一個公用底板,，底板上各方向均設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)5噸*車搬運(yùn)孔，易搬運(yùn),；
（3）工裝夾具與安裝支座連接標(biāo)準(zhǔn)化,，水、電,、氣等采用標(biāo)準(zhǔn)快速連接,，以適應(yīng)柔性生產(chǎn)的要求；
（4）柔性控制,。更換不同夾具時,，只需要在觸摸屏上選擇相應(yīng)的工件號即可，通過與夾具自動識別系統(tǒng)進(jìn)行比較,，如果相同,，則自動調(diào)用焊接程序，如果選擇錯誤,，則報警提示,。

2、生產(chǎn)線的安全性設(shè)計主要體現(xiàn)在下列幾個方面：
（1）采用封閉式機(jī)器人焊接防護(hù)房,，配有焊接煙塵凈化裝置,；
（2）機(jī)器人程序啟動采用雙手按鈕；
（3）焊接房安裝有自動卷簾門,，焊接時關(guān)閉,，防止焊接弧光對人員的傷害，在門的上下分別設(shè)有到位開關(guān)以檢測門的工作狀態(tài)（開/關(guān)）,，同時在門的開關(guān)兩個位置分別設(shè)有位置鎖（防止松動裝置及門的誤動作）,；
（4）在自動卷簾門內(nèi)地面300mm高度設(shè)有安全光幕，采用30o傾斜布置,，光幕長度600mm,，在自動工作狀態(tài)下，如有人進(jìn)入焊接房或在夾具操作位置有人,，機(jī)器人及變位機(jī)自動停止運(yùn)轉(zhuǎn),。
通過對機(jī)器人周邊裝置及控制系統(tǒng)的柔性設(shè)計，焊接機(jī)器人的柔性特點(diǎn)會得到更充分的發(fā)揮,，從而滿足日益加劇的多品種,、小批量的生產(chǎn)要求,，為企業(yè)參與激烈的市場競爭提供有利的加工手段。