汽車底盤件機器人柔性焊接生產線的設計

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發(fā)表于 2007-5-14 15:53:53 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

近年來，焊接機器人在我國汽車工業(yè)中得到了大量應用，每年有近千臺的焊接機器人投入汽車生產中。除了汽車整裝廠使用大量機器人焊接外，在汽車零部件工廠也有大量的應用，特別是在汽車底盤件的生產。由于底盤件是汽車的重要結構安全件，其焊接質量對汽車的安全性起決定作用，因此大都采用機器人來焊接。

機器人焊接生產線設備構成

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圖1，副車架

圖2，控制臂

圖3，后拖曳臂

該機器人焊接生產線主要用于轎車底盤件的左右控制臂總成、副車架總成、左右后拖曳臂總成的焊接，工件如圖1，圖2

圖3所示。在選擇生產線的設備時主要考慮以下幾個方面：

1）滿足生產綱領；
2）生產線具有很好的柔性；
3）焊接質量滿足產品要求；

對于副車架總成的焊接，根據其焊縫的分布特點，采用雙機器人同時對稱施焊，可有效控制焊接時產生的扭曲變形。通過對三種工件總成焊接時焊縫數量、焊縫長度的統(tǒng)計，以及對焊縫分布特點的分析，結合機器人焊接的特點，為了滿足單班制、251天，年產6萬套/年的生產綱領，該機器人焊接生產線共由8套機器人焊接工作站組成。其中左右控制臂總成的焊接由4套單機器人焊接工作站完成，副車架總成的焊接由3套雙機器人焊接工作站完成，左右后拖曳臂總成的焊接由一套雙機器人焊接工作站完成。各機器人焊接工作站的焊縫數量及焊接節(jié)拍如表1所示。每個機器人焊接工作站都配置有焊槍清理器和一套頭尾架焊接變位機，變位機可與機器人之間協(xié)調運動。

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其中輔助時間包括機器人空行程時間、裝卸件時間和焊槍清理時間。機器人空行程時間按照每條焊縫3s計算，裝卸件時間和焊槍清理時間按30s計算。計算機器人的焊接時間時取機器人的焊接速度為8mm/s。
副車架機器人工作站布局圖如下所示。

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圖4，副車架雙機器人焊接工作站平面布局圖

機器人焊接工裝夾具設計要點

（1）機器人焊接夾具采用標準化、模塊化設計，電控氣動夾緊的定位方式。由人工裝卸工件，操作完畢，發(fā)出允許工作的信號后自動控制夾緊、放松動作；
（2）采用標準接口，水、電、氣采用快換接頭，滿足柔性生產的要求；
（3）左右控制臂總成、副車架及左右后拖曳臂總成三種工件的共同特點就是焊縫長度長、數量多。由于焊接時有大量的熱輸入，如果夾具設計不合理，焊接后會產生很大的焊接變形，影響尺寸精度。因此如何控制焊接變形是焊接夾具設計的關鍵。在夾具設計時采用以下幾個措施：
（a）在長焊縫的定位夾緊部位采用整體銅材，并通水冷卻，提高夾具的散熱效果；
（b）采用具有自鎖功能的壓緊氣缸；
（c）副車架殼體由高強鋼沖壓而成，難免有很大的彈性變形，在總成夾具中采用TOX氣-液轉換缸壓緊，保證足夠的壓緊力。
（4）為了裝卸工件方便，保證裝卸工件時有很大的開敞性，將夾具體安裝在滑動導軌上，通過氣缸帶動，工件安裝好后，焊接時夾具體自動滑入壓緊區(qū)壓緊，焊接完成后夾具自動打開，夾具體滑出到裝卸工位。

機器人焊接工作站的控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)用于機器人系統(tǒng)及其周邊裝置的協(xié)調與控制，可實現參數設定、系統(tǒng)編程、工作狀態(tài)顯示及故障報警顯示。

PLC采用SIMATIC S7-300，通過Profibus DP總線與夾具上兩個ET200S遠程I/O模塊互聯。采用這種結構既可減少現場接線，又可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；同時由于ET200S具有熱插拔和易于擴展的特點，使系統(tǒng)擴展和維護非常方便。其中一個ET200S模塊用于夾具信號連接及動作控制，另一個ET200S模塊用于夾具自動識別（通過短路線短接不同的輸入信號區(qū)別不同的夾具，簡單又可*），通過HMI SIMATIC-TP-170B觸摸屏作為人機界面，實時顯示系統(tǒng)各部分的狀態(tài)，提高系統(tǒng)診斷和故障排除速度。

焊接生產線的特點

在生產線的設計過程中，生產線的柔性和安全性是兩個重要的原則。

1、生產線的柔性，主要體現在下列幾個方面：
（1）所有焊接設備及工裝夾具具有互換性、通用性，通過更換夾具即可快速實現多種產品的生產要求，更換時間不超過10分鐘；
（2）機器人工作站具有互換性、通用性，整個焊接區(qū)有一個公用底板，底板上各方向均設有標準5噸*車搬運孔，易搬運；
（3）工裝夾具與安裝支座連接標準化，水、電、氣等采用標準快速連接，以適應柔性生產的要求；
（4）柔性控制。更換不同夾具時，只需要在觸摸屏上選擇相應的工件號即可，通過與夾具自動識別系統(tǒng)進行比較，如果相同，則自動調用焊接程序，如果選擇錯誤，則報警提示。

2、生產線的安全性設計主要體現在下列幾個方面：
（1）采用封閉式機器人焊接防護房，配有焊接煙塵凈化裝置；
（2）機器人程序啟動采用雙手按鈕；
（3）焊接房安裝有自動卷簾門，焊接時關閉，防止焊接弧光對人員的傷害，在門的上下分別設有到位開關以檢測門的工作狀態(tài)（開/關），同時在門的開關兩個位置分別設有位置鎖（防止松動裝置及門的誤動作）；
（4）在自動卷簾門內地面300mm高度設有安全光幕，采用30o傾斜布置，光幕長度600mm，在自動工作狀態(tài)下，如有人進入焊接房或在夾具操作位置有人，機器人及變位機自動停止運轉。
通過對機器人周邊裝置及控制系統(tǒng)的柔性設計，焊接機器人的柔性特點會得到更充分的發(fā)揮，從而滿足日益加劇的多品種、小批量的生產要求，為企業(yè)參與激烈的市場競爭提供有利的加工手段。