車身焊裝生產(chǎn)線機器人布局設(shè)計

那葆佳 馬超

【摘 要】隨著我國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，機器人由于的動作穩(wěn)定可靠，重復(fù)精度高成為一種先進(jìn)的自動化設(shè)備在汽車白車身生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。對于機器人車身焊裝生產(chǎn)線項目的前期工作就需要擬定一個大概的布局。這個布局的好壞直接影響后面工作的工作量和進(jìn)度

【關(guān)鍵詞】車身焊接；機器人布局設(shè)計

一、車身機器人焊裝線的組成

車身機器人焊裝線通常由點焊機器人、弧焊機器人、搬運機器人，以及滑動拼臺、轉(zhuǎn)動拼臺、操作人員的安全區(qū)等組成，它的布局設(shè)計相對于其它生產(chǎn)線來說要復(fù)雜得多。這個工位存在工人吊裝、機器人搬運、點焊機器人定位焊等多工作界面；存在上層搬運機器人，中層車體輸送和下層點焊機器人多層結(jié)構(gòu)布局；并且空間上必須預(yù)留總成搬運機器人的滑移空間。機器人的布局需要考慮到機器人運動軌跡、人機交互工作界面的安全和周邊設(shè)備對布局的空間約束。在空間約束上，鋼結(jié)構(gòu)的高度決定了搬運機器的安裝高度，而搬運機器人的高度決定著滑移拼臺的高度，也決定了點焊機器人的運動空間，人機工程的好壞。因此，需要仿真設(shè)計出最佳的機器人布局。

二、應(yīng)用機器人焊接工藝解決問題點及優(yōu)勢

1、提升焊接質(zhì)量，保證焊接精度

機器人精準(zhǔn)的運動軌跡及電極帽與鈑件間的良好接觸，不會出現(xiàn)人工焊接時出現(xiàn)的半點、馬蹄點、焊接分流等焊接缺陷。根據(jù)焊接部位的不同、機器人焊接參數(shù)選取、電極帽的磨損頻率不一，通過PLC程序計算焊點數(shù)量，達(dá)到設(shè)定焊接數(shù)量后，PLC反饋給機器人信號，機器人接收信號后自動根據(jù)前期設(shè)定好的程序路徑進(jìn)行修磨，更好地保證焊接質(zhì)量。

2、可實現(xiàn)一個總拼工位、多車型共線生產(chǎn)

人工操作焊接工藝，因總拼工位各車型焊接結(jié)構(gòu)不同，對焊接設(shè)備及焊接參數(shù)要求不同，而同一工位空間有限，與焊接設(shè)備的新引入及選型產(chǎn)生矛盾。基于機器人焊接工藝的柔性化，更容易實現(xiàn)一個總拼工位的多車型生產(chǎn)工藝。目前該公司正在開發(fā)的GA-cross車型，正是與GA車型共線生產(chǎn)。通過增設(shè)四面體工位，采用自行小車?yán)瓌铀拿骟w上的側(cè)圍總成夾具輸送到總拼工位，可實現(xiàn)4款不同車型的生產(chǎn)；同時機器人可與多種型號焊鉗匹配，解決不同車型因焊接結(jié)構(gòu)和焊接空間狹小、焊鉗選取困難問題。

三、車身焊裝線機器人布局設(shè)計

1、機器人與夾具的距離

工件是裝在夾具上面的，故機器人與夾具之間的距離直接關(guān)系到機器人與工件之間的距離。通常來說，機器人與夾具的距離是指機器人中心與夾具上某定位銷的距離。在仿真布局的過程中，應(yīng)該合理地安排兩者之間的位置。如果該距離太大，焊鉗在焊接離機器人較遠(yuǎn)的焊點時可能會不滿足可達(dá)性，此時會出現(xiàn)以下兩種情況：（1）焊鉗根本不能以要求的姿態(tài)達(dá)到工件上離機器人較遠(yuǎn)的焊點；（2）機器人可以達(dá)到遠(yuǎn)處的焊點，但是此時機器人的軸接近極限位置。

2、機器人與修模器的距離

焊接中，焊鉗的電極帽會不斷磨損，當(dāng)磨損到一定的程度與工件的接觸面積增大，導(dǎo)致電壓密度過高，焊接時會出現(xiàn)假焊與爆焊等現(xiàn)象。因此，每焊接一定數(shù)量的焊點，就需要使用修磨器對焊鉗的電極帽進(jìn)行修磨，以保證接觸面的面積。在仿真布局過程中，修磨器的位置布局應(yīng)該遵守以下幾點：首先，機器人必須能夠達(dá)到修磨器的位置，并且機器人6軸距離限位的余量必須足夠大；其次，在機器人工作過程中，必須保證修磨器不會與機器人發(fā)生干涉；最后在滿足以上條件的前提下，修磨器的位置應(yīng)盡量靠近機器人的home點位置。該臨近home點的位置最好能使機器人很方便的達(dá)到，并且機器人的姿態(tài)又不需要發(fā)生很大的變化。否則，太大、太頻繁的姿態(tài)變化會在一定程度上會影響機器人的節(jié)拍。

3、機器人滾邊壓合系統(tǒng)

機器人滾邊壓合是通過裝在機器人上的滾輪，在固定胎模夾具上，根據(jù)事先校對好的程序與軌跡，沿著被翻邊的工件輪廓進(jìn)行運動，機器人工具上滾輪所施加的力將工件在沖壓過程中所預(yù)留的翻邊向內(nèi)側(cè)翻折，從而將外板預(yù)留邊緣壓緊在內(nèi)板上。機器人滾邊壓合系統(tǒng)包括三大部分：滾輪系統(tǒng)、滾邊夾具系統(tǒng)、機器人及其控制系統(tǒng)滾邊夾具系統(tǒng)將待壓合的內(nèi)外板固定在滾邊壓合胎模上，滾輪系統(tǒng)通過滾輪將外板邊緣沿著里面內(nèi)板進(jìn)行彎曲。機器人及其控制系統(tǒng)主要用于控制壓合滾輪的行進(jìn)軌跡，以及機器人與相關(guān)系統(tǒng)之間的通信，運動軌跡可根據(jù)車身外形變化和工藝參數(shù)變更設(shè)定，滿足不同零件形狀和不同零件材質(zhì)的滾邊壓合需求。

（1）滾輪系統(tǒng)

滾輪系統(tǒng)是完成零件壓合成形的關(guān)鍵機械部件，該系統(tǒng)的優(yōu)劣將會影響到滾邊壓合的質(zhì)量和生產(chǎn)節(jié)拍。滾輪系統(tǒng)由連接組件和滾輪組件兩部分構(gòu)成，不同的壓合形式可使用不同的滾輪。前蓋由于形狀較為簡單且曲率較小，采用錐輪和大圓柱輪即可。后蓋由于在后尾燈處有較大曲率和尖銳拐角，增加了小圓柱輪和壓角（錐形頭）進(jìn)行包邊。車門由于在門板與窗框結(jié)合處有密封條安裝棱線定型，采用扁平的圓柱輪進(jìn)行滾邊。這樣設(shè)計既可以保證滾邊工具不與板件干涉，又可以保證滾邊質(zhì)量，同時也提高了調(diào)試軌跡的速度。

（2）滾邊胎模夾具系統(tǒng)

滾邊胎模夾具系統(tǒng)為機器人滾邊技術(shù)的核心區(qū)域，也是實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)的重點區(qū)域，產(chǎn)品更新?lián)Q代時，只需更換胎模夾具，便可實現(xiàn)產(chǎn)品的柔性自動化生產(chǎn)。滾邊胎模夾具主要有滾邊胎模和定位夾緊兩部分組成，用于維持和定位板件的形狀、位置，并消除滾邊過程中板件的形面誤差。滾邊胎模的作用是給工件提供輪廓精度保障。。胎模采用整體鑄造形式，上表面與板件直接接觸，并在胎模空腔設(shè)計有支撐塊，對板件進(jìn)行支撐。外板定位采用外形定位，內(nèi)板定位采用基準(zhǔn)孔定位，即依靠胎模氣缸滾邊將外板夾緊和內(nèi)板基準(zhǔn)孔定位，并使用擺臂式夾具夾緊結(jié)構(gòu)。為防止夾緊過程中沖壓件的受力彎曲變形，夾緊點應(yīng)選擇靠近滾邊軌跡且不干涉位置，并在尖角處布置夾緊點，保證內(nèi)外板件在滾邊過程中與胎模完好貼合。滾邊夾具結(jié)構(gòu)在機器人滾邊壓合過程中應(yīng)該既不妨礙機器人滾邊壓合，又能保證工件在整個工作過程中不會發(fā)生竄動。

4、機器人及控制系統(tǒng)

機器人滾邊工藝由機器人抓持滾輪工具按預(yù)定的程序和軌跡控制滾邊工具運動，將工件按相應(yīng)程序進(jìn)行翻邊處理，依次完成整個板件滾邊。針對不同的零件，機器人可以調(diào)用不同程序，因此適用于不同的產(chǎn)品，這也是機器人柔性化的一個重要方面。機器人控制系統(tǒng)不但用于控制機器人，還可以控制滾邊夾具的動作、機器人與滾邊夾具、安全光柵等之間的通信，控制協(xié)調(diào)整個滾邊工作站系統(tǒng)中所有工作單元間的動作及順序，并對整個系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測及報警監(jiān)視。焊裝車間各車型整套滾邊壓合系統(tǒng)采用可編程序控制器（PLC）來完成整個工位的自動控制。在PLC中，按照整個生產(chǎn)工藝的流程，編寫好控制程序，采用標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線把所有部件如機器人、滾邊夾具、傳感器等連接到一起，實現(xiàn)整個工作過程的自動化。

5、機器人底座的高度

有時候，單純地改變機器人與夾具的距離是不能滿足可達(dá)性要求。此時可以考慮通過增大機器人的底座高度來實現(xiàn)。機器人底座的高度應(yīng)該適宜。底座太低，機器人在焊接遠(yuǎn)處較高的焊點時，機器人容易與其它設(shè)備干涉，有時可能出現(xiàn)限位；底座太高，在焊接近處較低的焊點時，機器人容易出現(xiàn)姿態(tài)別扭的情況。

結(jié)束語

汽車產(chǎn)業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)，隨著生產(chǎn)力迅猛發(fā)展，柔性自動化的生產(chǎn)方式是現(xiàn)代企業(yè)所追求的目標(biāo)。機器人布局設(shè)計需滿足機器人運動學(xué)的要求和周邊設(shè)備與生產(chǎn)環(huán)境對機器人間的約束，是汽車行業(yè)降低生產(chǎn)成本，提升生產(chǎn)線柔性化，提高企業(yè)競爭力的有效途徑。

參考文獻(xiàn)：

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