一種新型半自動(dòng)移載機(jī)在車(chē)身制造中的應(yīng)用

劉志新，李汝兵，梁 昊LIU Zhi-xin， LI Ru-bing， LIANG Hao（一汽-大眾汽車(chē)有限公司，長(zhǎng)春 130011）

控制技術(shù)

一種新型半自動(dòng)移載機(jī)在車(chē)身制造中的應(yīng)用

劉志新，李汝兵，梁 昊
LIU Zhi-xin， LI Ru-bing， LIANG Hao
（一汽-大眾汽車(chē)有限公司，長(zhǎng)春 130011）

介紹了一種新型半自動(dòng)移載機(jī)在汽車(chē)白車(chē)身焊裝手動(dòng)生產(chǎn)線中的應(yīng)用；該移載機(jī)由平行雙軌制移行軌道，二級(jí)提升機(jī)構(gòu)，零件夾緊機(jī)構(gòu)及電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)四部分組成，其中除零件夾緊機(jī)構(gòu)外，其他部分均采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，有助于降低維修成本及時(shí)間，同時(shí)避免了工藝干涉問(wèn)題；電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用PLC控制，結(jié)合分布于雙軌制移行軌道及二級(jí)提升機(jī)構(gòu)上的接近開(kāi)關(guān)傳感器，實(shí)現(xiàn)了移載機(jī)的半自動(dòng)化運(yùn)行。

車(chē)身制造；半自動(dòng)移載機(jī)；平行雙軌制軌道；二級(jí)提升機(jī)構(gòu)；電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；PLC

0　引言

目前，國(guó)內(nèi)的汽車(chē)白車(chē)身焊裝手動(dòng)生產(chǎn)線，如前地板、后地板及前輪罩等分總成線，當(dāng)各分總成體積隨著單件拼裝越來(lái)越大以致操作人員無(wú)法手動(dòng)移動(dòng)時(shí)，必須采用一種移載機(jī)以實(shí)現(xiàn)車(chē)身分總成在各相鄰手動(dòng)工位之間的轉(zhuǎn)移。以往的移載機(jī)多采用電葫蘆吊裝或雙層單軌機(jī)構(gòu)，如圖1所示。

圖1（a）中所示的電葫蘆式移載機(jī)由于電葫蘆自身的懸鏈吊掛為軟性連接，員工操作時(shí)必須對(duì)移載機(jī)進(jìn)行把扶，以避免零件轉(zhuǎn)移過(guò)程中發(fā)生碰撞等安全事故，在一定程度上對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍影響很大；圖1（b）中所示的雙層單軌移載機(jī)由于自身結(jié)構(gòu)的限制，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)工位的工藝布局要求高，只能應(yīng)用于焊鉗吊掛無(wú)二層延長(zhǎng)軌的手動(dòng)工位。

針對(duì)以上兩點(diǎn)不足，本文介紹了一種新型半自動(dòng)移載機(jī)。該半自動(dòng)移載機(jī)可以彌補(bǔ)以上兩點(diǎn)不足并降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)節(jié)拍及生產(chǎn)效率。目前該設(shè)備已應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)線。

1　半自動(dòng)移載機(jī)的結(jié)構(gòu)組成

該移載機(jī)由平行雙軌制移行軌道，二級(jí)提升機(jī)構(gòu)，零件夾緊機(jī)構(gòu)及電驅(qū)動(dòng)四部分組成。如圖2所示。其中平行雙軌制移行軌道，二級(jí)提升機(jī)構(gòu)及電驅(qū)動(dòng)部分采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，有助于降低維修成本，提高維修效率；零件夾緊機(jī)構(gòu)根據(jù)具體零件形狀進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，基本框架均采用氣動(dòng)夾緊方式。

圖2　半自動(dòng)移載機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1.1平行雙軌制移行軌道

平行雙軌制軌道采用兩根EPOSS鋁制軌道平行分布方式。移栽機(jī)與軌道之間由四個(gè)滑車(chē)連接，摩擦系數(shù)0.002～0.005，保證了移載機(jī)自動(dòng)移行過(guò)程中的平穩(wěn)性。軌道直接固定于現(xiàn)場(chǎng)工藝鋼結(jié)構(gòu)下方，每3.45m布置一個(gè)吊點(diǎn)，兩個(gè)吊點(diǎn)之間可以承重800kg，自重約300kg，負(fù)載狀態(tài)下移動(dòng)最大靜摩擦力小于30N。與吊掛焊鉗的KBK雙層軌間距100mm，有效避免了雙層軌與移載機(jī)軌道干涉的問(wèn)題。如圖3所示。

1.2二級(jí)提升機(jī)構(gòu)

所有二級(jí)提升機(jī)構(gòu)采用相同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際工況，現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)高度4200mm，夾具最低點(diǎn)600mm，提升工件后高度在1900mm以上，移載機(jī)設(shè)計(jì)起升行程1500mm。主體提升機(jī)構(gòu)采用二級(jí)氣動(dòng)提升，每級(jí)提升行程750mm。根據(jù)工件和夾具的重量，設(shè)計(jì)承重350kg。主升降氣缸采用缸徑Ф125mm，行程750mm的氣缸，在5bar氣壓下拉力可以達(dá)到573N；二級(jí)升降氣缸采用缸徑Ф100mm，行程750mm的氣缸，單個(gè)氣缸在5bar氣壓下，拉力可以達(dá)到3600N。為了維持上下升降運(yùn)行的平穩(wěn)性，每級(jí)各采用兩個(gè)直線軸承導(dǎo)向升降。二級(jí)提升機(jī)構(gòu)采用純氣動(dòng)控制?？刂葡到y(tǒng)采用三位中泄式比例閥控制，為了防止現(xiàn)場(chǎng)氣源突然故障斷氣，在氣缸出口處設(shè)置氣控單項(xiàng)閥，以保證設(shè)備在斷氣時(shí)提升機(jī)構(gòu)不會(huì)自然下墜。圖4為標(biāo)準(zhǔn)二級(jí)提升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3　平行雙軌制移行軌道

圖4　二級(jí)提升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

1.3電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

本文設(shè)計(jì)的半自動(dòng)移載機(jī)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用電驅(qū)動(dòng)形式。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)輪、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、支撐氣缸及電控箱等五部分組成。除電控箱外的各組成部分如圖5所示。電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)各部分設(shè)備的具體型號(hào)如表1所示。

圖5　電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

表1　電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備清單

2　工作原理

該半自動(dòng)移載機(jī)的工作原理為采用人機(jī)互動(dòng)的點(diǎn)動(dòng)控制原理，即移載在各工作節(jié)點(diǎn)根據(jù)操作人員的操作指令，自動(dòng)完成相應(yīng)升降及移行動(dòng)作。在操作把手上根據(jù)人機(jī)工程學(xué)要求，合理布置操作按鈕，控制移載機(jī)的升降及移行。

2.1氣動(dòng)工作原理

移載機(jī)的二級(jí)提升機(jī)構(gòu)采用氣動(dòng)控制。操作者按下上升或下降按鈕，二級(jí)氣缸動(dòng)作，開(kāi)始上升或下降。操作者松開(kāi)按鈕，升降機(jī)構(gòu)停止在運(yùn)行位置。同時(shí)在升降過(guò)程中，由于工作臺(tái)夾具的高度不同，在不同的位置還采用自動(dòng)判斷高度方式。保證在不同的工作臺(tái)上方下降高度也不同，最大程度保護(hù)工件不受損失。在高度判斷方面，采用位置傳感器，不需要操作者人工干預(yù)以避免人為誤操作；工件夾緊機(jī)構(gòu)采用氣動(dòng)夾緊，各氣路信號(hào)互鎖后，自動(dòng)確認(rèn)夾緊機(jī)構(gòu)處在正確的操作位置，才允許夾緊或釋放操作。圖6為該半自動(dòng)移載機(jī)的氣動(dòng)控制原理圖。

2.2電驅(qū)動(dòng)工作原理［1］

圖6　半自動(dòng)移載機(jī)氣動(dòng)控制原理圖

驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)伺服放大器由PLC進(jìn)行控制，PLC通過(guò)布置于軌道上方的接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)移載機(jī)的到位信號(hào)，根據(jù)操作者的操作指令，通過(guò)檢測(cè)移載機(jī)位置及二級(jí)提升位置，以實(shí)現(xiàn)移載機(jī)的自動(dòng)移行。圖7為半自動(dòng)移載機(jī)的電氣控制原理框圖。

圖7　半自動(dòng)移載機(jī)電氣控制原理框圖

3　節(jié)拍計(jì)算

對(duì)于單個(gè)工位節(jié)拍來(lái)說(shuō)，移載機(jī)的操作時(shí)間及運(yùn)行時(shí)間屬于單個(gè)工位節(jié)拍的重要組成部分。根據(jù)移載機(jī)的工作原理，單個(gè)移載機(jī)操作節(jié)拍分布如表2所示。

由于員工操作時(shí)間具有一定的浮動(dòng)性，如行走時(shí)間，按鈕時(shí)間等。為了更精確計(jì)算出移載機(jī)本身的節(jié)拍時(shí)間，在計(jì)算節(jié)拍時(shí)，盡量不考慮員工操作時(shí)間或?qū)⑵洳⑷胍戚d機(jī)運(yùn)行時(shí)間。按照表2中的操作描述，在考慮安全因素的前提下，該移載機(jī)的最快節(jié)拍可達(dá)到26秒，能夠滿(mǎn)足最高日產(chǎn)700輛份的生產(chǎn)節(jié)拍要求。

4　基于PLC的電驅(qū)動(dòng)控制［2］

為了實(shí)現(xiàn)該移載機(jī)的半自動(dòng)化運(yùn)行，二級(jí)提升機(jī)構(gòu)及電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均采用了3個(gè)巴魯夫BESQ40KFU接近開(kāi)關(guān)用于檢測(cè)移載機(jī)移行位置，2個(gè)康茂盛CSH-223-5磁性開(kāi)關(guān)用于檢測(cè)二級(jí)提升機(jī)構(gòu)高低兩個(gè)位置；6個(gè)施耐德XB2BA31C（G）按鈕開(kāi)關(guān)用于員工操作。所有傳感器及開(kāi)關(guān)的信號(hào)均為開(kāi)關(guān)量，符合PLC的應(yīng)用功能特點(diǎn)，因此電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制單元采用了一臺(tái)DVP40ES200T臺(tái)達(dá)產(chǎn)PLC控制器，該P(yáng)LC控制器具有24路輸入/輸出接口，工作電壓24V，輸入電流5mA，轉(zhuǎn)換時(shí)間10ms，非線性精度±1%，能夠滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。圖8為半自動(dòng)移載機(jī)PLC程序控制流程圖。

表2　半自動(dòng)移載機(jī)節(jié)拍分析表

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圖8　半自動(dòng)移載機(jī)PLC控制流程圖

5　結(jié)論

本文介紹了一種新型半自動(dòng)移載機(jī)。該移載機(jī)主要由平行雙軌制移行軌道，二級(jí)提升機(jī)構(gòu)，零件夾緊機(jī)構(gòu)及電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等四部分組成。其中平行雙軌制移行軌道及二級(jí)提升機(jī)構(gòu)的采用有效避免了焊鉗吊掛二層軌的干涉問(wèn)題，對(duì)焊裝車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)工藝布局要求低，可以廣泛應(yīng)用于汽車(chē)白車(chē)身分總成生產(chǎn)線；電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的采用大大降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，有效避免了傳統(tǒng)電葫蘆機(jī)構(gòu)的安全性問(wèn)題，同時(shí)能夠滿(mǎn)足最高日產(chǎn)700輛份的生產(chǎn)節(jié)拍要求；同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及二級(jí)提升機(jī)構(gòu)可以降低維修成本及維修時(shí)間，能夠有效提高設(shè)備開(kāi)動(dòng)率及生產(chǎn)效率。該半自動(dòng)移載機(jī)已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用于兩種車(chē)型共六條白車(chē)身分總成生產(chǎn)線，使用效果良好。

［1］ 艾祖華.DVP-EX/EX Instruction Sheet［Z］.上海：中達(dá)電通股份有限公司，2011.

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Application of a new semi-automatic moving manipulator in body manufacturing

TH6

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1009-0134（2016）08-0001-05

2016-04-18

劉志新（1979 -），男，吉林長(zhǎng)春人，博士，研究方向?yàn)楹秆b工廠及焊裝工藝規(guī)劃。