轎車下部車身主焊工位自動焊裝線的仿真

蘇東楠 趙晶 王蕾

摘 要：如今，車型更新?lián)Q代快，車身的焊裝制造是汽車制造生產(chǎn)中關(guān)鍵因素，焊裝線的智能化水平起主導(dǎo)作用。該文采用虛擬分析技術(shù)下部車身Ⅰ主焊工位BASE支座靜力學(xué)仿真，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性；最后使用數(shù)字化仿真軟件Robcad，對轎車下部車身自動焊裝線主焊工位進(jìn)行焊接及搬運過程進(jìn)行模擬仿真，分析其焊接及搬運路徑，仿真并編寫離線程序，驗證焊接過程的可達(dá)性。

關(guān)鍵詞：下部車身 主焊工位 BASE支座 靜力學(xué)仿真 ROBCAD仿真

中圖分類號：U463.82 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）02（a）-00-02

數(shù)字化設(shè)計技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比，大大地提高了焊接質(zhì)量及穩(wěn)定性；縮短制造周期、降低生產(chǎn)成本，為工程實際應(yīng)用提供技術(shù)支持和指導(dǎo)性意見；智能化、自動化是制造業(yè)未來的發(fā)展趨勢，虛擬設(shè)計技術(shù)與實際工程應(yīng)用相結(jié)合，互相借鑒，使其具有更高的應(yīng)用價值。

1 對下部車身Ⅰ主焊工位BASE支座靜力學(xué)仿真

焊裝生產(chǎn)線中，夾具是其中很關(guān)鍵的設(shè)備，對整車的生產(chǎn)質(zhì)量及生產(chǎn)效率影響很大。焊裝夾具一般由焊鉗、BASE、定位夾緊部件、產(chǎn)品、氣路部件、RPS以及測量系統(tǒng)等幾部分組成，如圖1所示。

下部車身Ⅰ主焊工位焊裝線中主要承載部是BASE部件。產(chǎn)品在焊接過程中能否獲得較高的焊接質(zhì)量，其中很大一部分原因與產(chǎn)品的定位結(jié)構(gòu)是否合理有密切關(guān)系，所以要確定最佳的支撐點個數(shù)與位置。由于下部車身外形和質(zhì)量比較大，僅僅使用三點支撐是不能滿足產(chǎn)品自重下的變形要求的，因此需要確定滿足產(chǎn)品焊接質(zhì)量要求的最少支撐點。

在實際中合理的支撐分布對產(chǎn)品的變形影響比較大，因此需要確定支撐點的個數(shù)和位置。從車身產(chǎn)品的特點可以先確定4個支撐點，均勻分布在矩形產(chǎn)品的4個邊角上，這4個支撐點只是整個產(chǎn)品的最優(yōu)點，但是由于產(chǎn)品過大，簡單的4點支撐不能滿足產(chǎn)品自重下的變形要求，對焊接BASE板施加理論載荷后對焊接BASE進(jìn)行變形和應(yīng)變以及應(yīng)力的校核，利用有限元對其進(jìn)行分析，產(chǎn)品變形如圖2所示。

通過仿真計算可得安全系數(shù)為178，所以該結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，長期使用也不會發(fā)生變形。

2 對下部車身Ⅰ主焊點工位焊裝線仿真

ROBCAD機(jī)器人仿真的基本功能包括：（1）三維模型及仿真環(huán)境的建立；（2）仿真模型參數(shù)設(shè)定和流程管控；（3）焊接過程機(jī)器人仿真模擬驗證；（4）仿真結(jié)果分析及離線程序的編寫。

2.1 下部車身Ⅰ主焊工位焊裝線3D LAYOUT布局

通過ROBCAD中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能可將下部車身Ⅰ主焊工位焊裝線的二維設(shè)計布局圖導(dǎo)入到仿真界面中，將數(shù)據(jù)文件中的三維數(shù)據(jù)模型根據(jù)導(dǎo)入的二維布局圖放置。在下部車身Ⅰ主焊工位焊裝線的3D LAYOUT中，通過導(dǎo)入其二維布局圖可以使數(shù)據(jù)模型的放置更加精確，其中數(shù)據(jù)模型包括機(jī)器人模型、機(jī)器人導(dǎo)軌、焊鉗、下部車身地板數(shù)模、焊鉗修磨器、夾具、搬運抓具、Pickout、輔助設(shè)備等。

使用ROBCAD中的LAYOUT布局功能建立下部車身Ⅰ主焊工位焊裝線包含以下步驟：通過Get Component功能調(diào)用所需數(shù)據(jù)模型到仿真窗口，根據(jù)2D布局圖中器件的擺放位置將三維模型放置到相對應(yīng)的位置，下部車身Ⅰ主焊工位焊裝線3D LAYOUT布局窗口如圖3所示。

2.2 下部車身Ⅰ主焊工位焊裝線仿真實例

焊點設(shè)置→安裝焊鉗，定義焊鉗關(guān)節(jié)（選型選擇X型焊鉗）→設(shè)定焊接姿態(tài)，建立焊接路徑（如圖4所示）→消除機(jī)器人理論位置與實際位置偏差→機(jī)器人運動路徑仿真→干涉分析（如圖5所示）→離線編程（OLP）。

3 結(jié)語

該文首先利用ANSYS對夾具的BASE部件進(jìn)行靜力學(xué)分析，仿真計算可得安全系數(shù)為178，所以該結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，長期使用也不會發(fā)生變形，驗證BASE部件工作穩(wěn)定性。然后選取ROBCAD仿真軟件，對轎車下部車身Ⅰ主焊工位進(jìn)行運動仿真、驗證。通過模擬仿真，驗證規(guī)劃方案以及工裝設(shè)備符合生產(chǎn)線要求，對生產(chǎn)線可以正常投產(chǎn)起到很大作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 李波.東風(fēng)輕型車廂焊接生產(chǎn)線優(yōu)化設(shè)計研究[D].湖南大學(xué)，2010.

[2] 晃永生，劉海江.白車身焊接機(jī)器人加工路徑規(guī)劃和仿真[J].中國機(jī)械工程，2010（4）：433.

[3] 商躍進(jìn).有限元原理與ANSYS應(yīng)用指南[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006：5-23.