非承載式底盤車架全自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線工藝及規(guī)劃

李文勇 李冠華 李萌浩

摘 要：本文主要討論車架焊接生產(chǎn)線由半自動(dòng)焊接線轉(zhuǎn)變?yōu)槿詣?dòng)焊接線所要解決的物流輸送、安全性、設(shè)備利用率、整體布局等問(wèn)題，通過(guò)規(guī)劃長(zhǎng)城某款車架焊接生產(chǎn)線，嘗試運(yùn)用新工藝、新設(shè)備、新布局、新技術(shù)，建設(shè)完成一條高效率、穩(wěn)定、安全、綜合運(yùn)行成本低、性價(jià)比高的車架焊接生產(chǎn)線。

關(guān)鍵詞：雙機(jī)多工位；全自動(dòng)PICKUP輸送方式；夾具自動(dòng)移載機(jī)

傳統(tǒng)的非承載式底盤車架焊接生產(chǎn)線工藝設(shè)計(jì)落后，在焊接生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的有毒氣體、粉塵、弧光、熱量，很少有人愿意投入到手持二保焊槍在煙霧繚繞、弧光灼眼、粉塵撲鼻和高出室外溫度5度以上的惡劣環(huán)境中工作，因此車架焊接生產(chǎn)線面臨最大的問(wèn)題就是務(wù)工人員。

為著重解決上述問(wèn)題，規(guī)劃并設(shè)計(jì)出具有先進(jìn)的工藝流程、高自動(dòng)化與輕便化物流的高端車架全自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線，例如：

新工藝：①車架行業(yè)內(nèi)，焊接生產(chǎn)線首次全部采用機(jī)器人（KUKA）焊接，提高員工作業(yè)環(huán)境，降低公司離職率；②全自動(dòng)輸送系統(tǒng)，自動(dòng)裝取、精確定位，提高物流輸送精確化，降低員工作業(yè)強(qiáng)度。

新方法：①工作站首次采用“H”型布局，提高了焊接效率，降低了等待浪費(fèi)；②空中立體交叉式物流輸送方式，創(chuàng)新出活動(dòng)折疊式軌道，實(shí)現(xiàn)了物流自動(dòng)輸送。

新機(jī)構(gòu)：①采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)全自動(dòng)輸送的縱梁總成冷卻滑臺(tái)，減少、降低了焊接變形及應(yīng)力；②車架總成上件和焊接工位采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)、機(jī)器人控制進(jìn)行快速轉(zhuǎn)換，提高生產(chǎn)效率，消除人員上件對(duì)節(jié)拍的影響。

新技術(shù)：①首次采用防變形技術(shù)，保證橫梁總成開口尺寸質(zhì)量及整體扭曲度；②首次采用液壓系統(tǒng)，對(duì)縱梁總成進(jìn)行反變形控制，提高車架總成整體周正度；③全部采用芬蘭肯倍脈沖焊接電源，穩(wěn)定機(jī)器人焊接質(zhì)量，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

1 全自動(dòng)物流輸送系統(tǒng)

1.1 自動(dòng)化。縱梁總成與車架總成生產(chǎn)線整體呈“H”型布局，通過(guò)空中PICKUP輸送機(jī)和地面移載機(jī)構(gòu)成全自動(dòng)物流輸送系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工序間工件自動(dòng)傳送目的，提高能動(dòng)性?？v梁總成焊接區(qū)，OP10工位至OP20工位和OP20工位至OP40工位的空中PICKUP輸送機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡存在立體式交叉問(wèn)題，依據(jù)傳統(tǒng)觀念無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)物流對(duì)接。為解決此問(wèn)題，首次采用活動(dòng)折疊式軌道得以解決。（圖1）

1.2 精準(zhǔn)化。自動(dòng)裝取、精確到位、檢知防錯(cuò)是實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化物流輸送系統(tǒng)的必要因素。每套裝夾夾具采用自動(dòng)頂升導(dǎo)向柱裝置，將工件輸送至空中PICKUP輸送機(jī)抓取位置和精確放入裝夾夾具中，消除因夾具機(jī)構(gòu)繁多導(dǎo)致的無(wú)空間抓取和抓取機(jī)構(gòu)的多樣化，以及工件無(wú)法放入裝夾夾具中所產(chǎn)生的工件變形情況。為了減少和防止車架總成裝焊時(shí)焊接變形，并控制車架整體外寬尺寸，實(shí)現(xiàn)車架總成在夾具中自由頂升、下降，采用內(nèi)側(cè)搖臂式活動(dòng)撐緊機(jī)構(gòu)、外側(cè)固定和活動(dòng)式壓緊機(jī)構(gòu)，并利用拉桿加強(qiáng)左右縱梁定位塊的強(qiáng)度。系統(tǒng)首次采用齒輪和齒條傳動(dòng)的方式，提高空中PICKUP輸送機(jī)的位置精度和平穩(wěn)性，齒輪齒條的傳動(dòng)系統(tǒng)能夠完全避免普通鏈條式的驅(qū)動(dòng)輪打滑現(xiàn)象，為保證送件的到位精度，還設(shè)置PICKUP輸送機(jī)到位檢測(cè)鎖緊機(jī)構(gòu)。

1.3 安全化。每個(gè)人員上件工位，在裝夾夾具和弧焊機(jī)器人之間首次設(shè)置全自動(dòng)擋弧光裝置，提高了機(jī)器人運(yùn)行安全性，保障了員工的生命安全。

2 夾具自動(dòng)移載機(jī)

縱梁總成冷卻平臺(tái)將10套縱梁總成分別從線體兩側(cè)輸送至車架總成線體，車架總成線體共計(jì)5個(gè)人工上件工位，均采用雙工位設(shè)計(jì)，將人員上件時(shí)間不計(jì)入生產(chǎn)節(jié)拍內(nèi)。工件上件位和焊接位采用伺服電機(jī)、伺服減速機(jī)控制，伺服電機(jī)采用機(jī)器人外部軸的形式由機(jī)器人控制。

3 反變形液壓技術(shù)

縱梁內(nèi)外板焊接分總成夾具采用液壓系統(tǒng)控制Z向焊接變形，縱梁總成補(bǔ)焊1序夾具采用液壓系統(tǒng)控制Y向焊接變形，使長(zhǎng)度約5000mm的縱梁總成將前端Y向控制在5mm內(nèi)，后端Y向控制在10mm內(nèi)。（圖2）

圖2

4 高效化工位布局

橫梁總成焊接工作站采用雙機(jī)三工位或雙機(jī)四工位呈“H型”布局，通過(guò)各工位單獨(dú)輪流上件、焊接的方式，使弧焊機(jī)器人在生產(chǎn)中除焊道跳轉(zhuǎn)時(shí)間外其余時(shí)間均進(jìn)行焊接作業(yè)。相對(duì)于雙機(jī)雙工位水平回轉(zhuǎn)式布置，提高了焊接設(shè)備的有效利用率。

5 研究總結(jié)與展望

在非承載式底盤車架全自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線，首次采用雙機(jī)多工位的“H型”布局，最大程度地提高了焊接設(shè)備的利用率，應(yīng)用伺服滑臺(tái)推進(jìn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上件和焊接位置轉(zhuǎn)換，提升生產(chǎn)效率；行業(yè)內(nèi)首次采用液壓系統(tǒng)針對(duì)整體縱梁總成焊接變形進(jìn)行校形。成為國(guó)內(nèi)外行業(yè)內(nèi)第一條全自動(dòng)化機(jī)器人焊接、全自動(dòng)化大型搬運(yùn)輸送系統(tǒng)的全自動(dòng)焊接生產(chǎn)線，開創(chuàng)了行業(yè)內(nèi)的先河，生產(chǎn)線各系統(tǒng)的首次成功應(yīng)用，也必將為汽車底盤后續(xù)生產(chǎn)線工程開發(fā)有著積極的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳祝年.焊接工程師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工藝出版社，2002.1.