可重構(gòu)車身底盤(pán)焊裝夾具設(shè)計(jì)

鄭永佳 唐鼎 李大永 彭穎紅

1.上海鑫燕隆汽車裝備制造有限公司 上海市 201906 2. 上海交通大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 上海市 200240

1 引言

夾具的可重構(gòu)化使該系統(tǒng)能夠滿足多種應(yīng)用需求，并且裝配需求改變后，能夠快速地通過(guò)夾具結(jié)構(gòu)使之滿足裝夾要求。本文的研究對(duì)象為車身底盤(pán)焊裝夾具系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整少數(shù)零部件滿足8種車型的底盤(pán)裝夾需求，節(jié)省了夾具制造及管理成本。

2 車身底盤(pán)焊裝隨行夾具系統(tǒng)

該隨行夾具系統(tǒng)主要由信息控制系統(tǒng)、重構(gòu)單元立體庫(kù)、夾具、夾具運(yùn)輸系統(tǒng)組成。由信息控制系統(tǒng)輸入車型信息并判斷出所需夾具重構(gòu)單元編號(hào)；夾具運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)輸重構(gòu)單元至重構(gòu)站，由機(jī)械抓手對(duì)焊裝夾具進(jìn)行重新裝配；重構(gòu)后的夾具由傳送機(jī)構(gòu)運(yùn)送至焊裝生產(chǎn)線上配合汽車裝配使用。為滿足混線生產(chǎn)，焊裝夾具能兼容3個(gè)平臺(tái)、8個(gè)車型，并具有可擴(kuò)展性。

3 夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1為某車型的焊裝夾具結(jié)構(gòu)。汽車底盤(pán)支撐定位機(jī)構(gòu)為該焊裝隨行夾具核心部件，包括底座、共用定位單元、固定單元、可重構(gòu)單元和切換抓手等。其中，底座由兩條長(zhǎng)鋼條和五條短鋼條組成，底座上面鋪設(shè)有兩個(gè)通氣管路并連接有氣動(dòng)裝置，通氣管路上分別設(shè)有若干通氣口。

考慮到車型之間其夾具差異較小，不同車型的夾具除左右兩側(cè)布置由兩個(gè)可重構(gòu)單元部件不同外，其余部件如定位單元部件與固定單元部件等均相同。共用的定位單元包括四個(gè)銷釘式夾緊氣缸，四個(gè)夾緊氣缸通過(guò)連接塊對(duì)稱固定在兩條長(zhǎng)鋼條中段位置設(shè)有的支撐柱上，并于通氣管路的通氣口連通，從而控制支柱的運(yùn)動(dòng)方式。固定單元包括3個(gè)固定組件，其中一個(gè)固定組件橫向固定于底座的一端，另外兩個(gè)固定組件相互對(duì)稱并縱向固定于底座的另一端兩側(cè)。每個(gè)固定組件包括定位銷、定位塊以及氣缸等零件。定位銷和定位塊零件分別固定在底座上的支撐柱起到支撐固定作用。定位塊內(nèi)設(shè)有兩個(gè)快速對(duì)接母頭，對(duì)接母頭下端分別通過(guò)氣管與通氣管路上的通氣口連通，從而控制支柱的位移。

根據(jù)兼容的車型數(shù)量，固定單元可匹配多套可重構(gòu)單元，每套可重構(gòu)單元均包括三套切換組件，分別安裝在三個(gè)固定組件上。切換組件包括方管以及固定板零件，方管兩端的下表面和上表面分別固設(shè)有固定板。方管兩端分別通過(guò)連接板固定有銷釘式夾緊氣缸。方管底部中間位置設(shè)有兩個(gè)定位塊，定位塊上有兩個(gè)快速對(duì)接公頭，快速對(duì)接公頭與氣缸的通氣口連通，當(dāng)然，為減少成本和占據(jù)空間多套可重構(gòu)單元可以共用方管零件，只需在切換前將銷釘式夾緊氣缸更換即可。

圖1 汽車底盤(pán)焊裝夾具

圖2 切換抓手

切換抓手如圖2所示，頂部與機(jī)器人連接，底部設(shè)有三個(gè)并排的氣缸。每個(gè)氣缸上固設(shè)有位于底部的定位塊，兩側(cè)鉸接有對(duì)稱的夾臂部件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)零件的抓取。圖3所示為與焊裝夾具配套的線下檢測(cè)臺(tái)，線下檢測(cè)臺(tái)包括托板和檢測(cè)單元。安裝或更換切換單元之前，需要通過(guò)在線下檢測(cè)臺(tái)的檢測(cè)，只有當(dāng)切換組件準(zhǔn)確安裝于檢測(cè)元件后才可進(jìn)行線上安裝，以此保證切換單元線上的安裝切換的精確性和穩(wěn)定性。

圖3 線下檢測(cè)臺(tái)

4 隨行夾具工作實(shí)例驗(yàn)證

以某車型切換組件的抓取為例，抓取前，切換抓手氣缸上的兩個(gè)夾臂張開(kāi)；抓取時(shí)，控制切換抓手移動(dòng)至儲(chǔ)放在托盤(pán)上的切換組件的上方，并使得氣缸下方的定位塊下表面與切換組件一側(cè)的定位塊上表面貼合，進(jìn)行豎直方向的定位，然后向第二個(gè)氣缸通氣，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)夾臂將定位塊夾緊，通過(guò)夾臂斜側(cè)面的長(zhǎng)條凸起和定位塊斜側(cè)面的長(zhǎng)條凹槽嚙合，從而可進(jìn)行水平方向的定位，以此完成三維定位。將切換抓手安裝在機(jī)器人上，可控制三個(gè)氣缸分別獨(dú)立地進(jìn)行通氣，對(duì)應(yīng)的兩個(gè)切換組件相互獨(dú)立工作，可同時(shí)抓取一套可重構(gòu)單元。

以切換組件的安裝為例，未安裝切換組件時(shí)，固定組件氣缸上的夾臂張開(kāi)，由機(jī)器人控制切換抓手移動(dòng)，使得切換組件和固定組件上下對(duì)準(zhǔn)，進(jìn)而通過(guò)支撐面和下固定板的底面貼合進(jìn)行豎直方向的定位，通過(guò)定位銷與襯套的穿插配合進(jìn)行水平方向的定位，以此進(jìn)行三維定位。定位塊上的快速對(duì)接母頭和公頭完成對(duì)接，將夾緊氣缸和通氣管路接通。完成定位后向氣缸通氣，驅(qū)動(dòng)夾臂擺動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)壓板從方管兩側(cè)下擺并將固定板兩側(cè)壓住進(jìn)行固定，最后氣缸放氣泄壓，夾臂張開(kāi)后即可通過(guò)機(jī)器人控制切換抓手移開(kāi)，至此切換組件安裝完成。

兩個(gè)固定組件全部安裝完成后即可用于定位固定對(duì)應(yīng)車型的汽車底盤(pán)。將汽車底盤(pán)放置在該機(jī)構(gòu)上面時(shí)，銷釘式夾緊氣缸與汽車底盤(pán)預(yù)留的定位孔上下對(duì)應(yīng)，向通氣管路中通氣即可驅(qū)動(dòng)銷釘式夾緊氣缸將汽車底盤(pán)夾緊。當(dāng)更換車型底盤(pán)，需要將安裝在固定單元上的可重構(gòu)單元拆卸，該操作可通過(guò)切換抓手來(lái)完成。首先通過(guò)機(jī)器人控制切換抓手移動(dòng)至切換組件上方并將切換組件抓取，進(jìn)行抓取定位，然后氣缸泄壓放氣，夾臂張開(kāi)，最后通過(guò)機(jī)器人控制切換抓手移動(dòng)即可將切換組件抓取移開(kāi)。

由于同一企業(yè)的不同車型的底盤(pán)中間段兩側(cè)的定位孔的位置和形狀通常是固定的，而兩端的兩側(cè)的定位變化很小，其中中間段兩側(cè)的定位孔與銷釘式夾緊氣缸對(duì)應(yīng)，因此實(shí)際工作切換車型時(shí)，銷釘式夾緊氣缸可以不用切換，只需通過(guò)機(jī)器人控制切換抓手更換切換單元即可，那么整個(gè)安裝切換過(guò)程可通過(guò)上述的切換組件的抓取、安裝、拆卸等簡(jiǎn)單操作來(lái)完成，而通過(guò)線下檢測(cè)臺(tái)的安裝前的檢測(cè)，可保證切換單元的安裝切換的精確性和穩(wěn)定性。

5 總結(jié)

為了滿足汽車焊裝行業(yè)高度柔性、快速切換和空間緊湊等方面的嚴(yán)苛要求，本文設(shè)計(jì)了一套可重構(gòu)車身底盤(pán)焊裝隨行夾具并進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證，可獲得的結(jié)論如下：

1）根據(jù)汽車焊裝工藝特點(diǎn)，焊裝夾具由底座、共用定位單元、固定單元、可重構(gòu)單元和切換抓手等組成，改變可重構(gòu)單元零件可適用于不同車型。

2）實(shí)例應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)該夾具系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)切換組件的自動(dòng)抓取、安裝與拆卸操作，并可通過(guò)配設(shè)多套切換單元，即可實(shí)現(xiàn)多種車型的兼容，而且具有自動(dòng)化程度高、定位精確、切換穩(wěn)定可靠、切換速度快等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化生產(chǎn)線，有效降低生產(chǎn)線的投資。