.東風(fēng)瞿建光-白車身焊裝自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用

1、12.東風(fēng)瞿建光-白車身焊裝自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用 白車身焊裝自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用 瞿建光 (東風(fēng)商用車有限公司車身廠，湖北 十堰 442040) 摘要 本文介紹了白車身裝焊生產(chǎn)中點(diǎn)焊機(jī)器人和其他一些自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用，列出了他們的優(yōu)缺點(diǎn)。 關(guān)鍵詞 點(diǎn)焊機(jī)器人；自動(dòng)檢測；分裝自動(dòng)化 Applicating of Automation Equipment of Cab Welding Qu Jianguang （DF Commerical Vehicle Company Ltd.,Cab Plant, Shiyan City,Hubei Shiyan 442040） ABSTRACT Applicating，a

2、dvantages and disadvantages of spot welding robot and some other automation equipment in welding of body in white are listed in this paper. KEY WORDS Spot welding robot; Automatic measuring; Sub-assembly fixture automation 1 前言 現(xiàn)代焊接白車身制造對焊接質(zhì)量，幾何精度，安全性，節(jié)能環(huán)保，車型換代有越來越高的要求，使得焊裝生產(chǎn)朝高可靠性，高節(jié)拍，輕量化，多品種柔性混流，高度

3、自動(dòng)化和智能控制方向發(fā)展。特別是隨著“十二五”我國工業(yè)化轉(zhuǎn)型，人力成本越來越高，產(chǎn)品精度和一致性要求越來越苛刻的情況下，提高白車身焊裝生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，加強(qiáng)信息化管理和智能控制迫在眉睫。 當(dāng)前卡車車身的生產(chǎn)與轎車略有不同特點(diǎn)，產(chǎn)量和市場規(guī)模偏小，一條焊裝線年綱領(lǐng)一般在60 00090 000輛，車身重量在200400kg，車身長度略短，高度偏大，尺寸精度和外表件逐步接近轎車水準(zhǔn)。為了控制成本，保證精度，流水線線體焊點(diǎn)自動(dòng)化率較高，而分裝工位則較低。 使用自動(dòng)化設(shè)備雖增加了固定費(fèi)用，但可有效地減低人力成本，甚至可完成人工無法完成的裝焊工作，提高了產(chǎn)品精度和一致性。同時(shí)，自動(dòng)化設(shè)備的維護(hù)和故障率的

4、減低也是當(dāng)前必須考慮的很現(xiàn)實(shí)的因素。熟知各種自動(dòng)化裝備的應(yīng)用特性，知曉其優(yōu)點(diǎn)和缺陷是焊裝工藝技術(shù)人員的必備素養(yǎng)。 2 焊裝線基本構(gòu)成簡介 某型白車身焊裝線設(shè)計(jì)綱領(lǐng)60 000輛， 分地板線，總裝線和調(diào)整線構(gòu)成。地板線和總裝線體采用升降往復(fù)桿運(yùn)輸?shù)匕蹇偝珊桶总嚿?，地板總成完成焊接后通過空中循環(huán)電動(dòng)EMS自行葫蘆小車附升降機(jī)運(yùn)至總裝一工位，白車身完工后通過空中循環(huán)EMS自行葫蘆小車附升降機(jī)運(yùn)至調(diào)整一工位，調(diào)整線采取板鏈和滾床滑撬運(yùn)輸，最后通過升降機(jī)和推桿懸鏈運(yùn)送至鄰近的涂裝車間。 這條焊裝線自動(dòng)化設(shè)備較多，地板線4臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人，總裝8臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人(投產(chǎn)初期6臺(tái)，后期擴(kuò)產(chǎn)增加2臺(tái))，往復(fù)桿輸送裝置2

5、條，空中地板電動(dòng)EMS單軌循環(huán)輸送線1條 1 （1） （含小車3臺(tái)），空中總裝電動(dòng)EMS循環(huán)輸送線1條（含小車4臺(tái)），左右側(cè)圍自動(dòng)上線裝置2套，高車頂蓋和標(biāo)車頂蓋上線裝置2套，中頂上線裝置1套；有5個(gè)工位夾具復(fù)雜（地板梁，地板總成，豎板工位，總裝二工位（總裝），總裝四（頂蓋）工位）；推桿懸鏈線1條，自動(dòng)滾床滑撬和板鏈若干；車門自動(dòng)包邊線2條。 這條焊裝線經(jīng)過幾輪的針對性改善， 故障率下降顯著，相對故障下降了78%，加上能力擴(kuò)充后，該線年度總的生產(chǎn)能力提高了50%，經(jīng)濟(jì)效益可觀。 3 點(diǎn)焊機(jī)器人的應(yīng)用分析 在此焊裝線中，在總裝五工位，增加2臺(tái)載荷更大的總裝點(diǎn)焊機(jī)器人代替原總裝點(diǎn)焊機(jī)器人，將原機(jī)器

6、人移至其他補(bǔ)焊工位，消除了生產(chǎn)節(jié)拍瓶頸。將原工頻焊機(jī)系統(tǒng)換成輕30%的中頻焊機(jī)系統(tǒng)，載荷負(fù)重比率由90%降至85%，抖動(dòng)減低，焊點(diǎn)位置可靠性大為提高。 根據(jù)本工位出現(xiàn)的缺陷，其他新線新增總裝點(diǎn)焊機(jī)器人額定載荷均要求達(dá)225kg以上。點(diǎn)焊機(jī)器人是種很好的自動(dòng)化設(shè)備，作業(yè)質(zhì)量均一，能適應(yīng)人工無法忍受的惡劣環(huán)境，能完成人工無法完成的作業(yè)。但是，機(jī)器人作業(yè)對焊件，夾具，環(huán)境有一定的要求。對于補(bǔ)焊的點(diǎn)焊機(jī)器人，各前一工序后的焊接合件尺寸要保持穩(wěn)定均一和無變形，無絕緣，在機(jī)器人電極力的沖擊作用下，各焊接搭接處不能有位移或豁開，這就要求前一工序后的合件應(yīng)有足夠的點(diǎn)定焊接。機(jī)器人焊鉗的沖擊力很大，整個(gè)車體應(yīng)受

7、到足夠的定位和夾緊約束，在多個(gè)機(jī)器人的共同和連續(xù)作用下，不能出現(xiàn)左右搖晃和上下跳動(dòng)的情形，否則就會(huì)出現(xiàn)焊點(diǎn)偏移，扭曲等質(zhì)量缺陷，甚至造成機(jī)器人損壞的嚴(yán)重故障。 為了降低點(diǎn)焊機(jī)器人本身的設(shè)備故障，設(shè)備選型前下列很好的經(jīng)驗(yàn)措施可供借鑒：（1）增加工業(yè)空調(diào)增強(qiáng)控制箱冷卻效果；（2）采用更好的焊接控制器，如博世系統(tǒng)；（3）用高精度直線軌道代替直線活塞副；（4）采用柔度和耐扭力更好的電纜包，采用專業(yè)的線纜的捆扎和保護(hù)；次級電纜與焊鉗和變壓器的連接處配置過渡接頭，改善導(dǎo)電性， 即使燒損亦可快速更換；（5）將焊鉗的次級電纜由風(fēng)冷改成水冷；（6）增加壓縮空氣過濾處置，增加排水閥； （7）清理機(jī)器人工位周圍的設(shè)

8、備防觸碰機(jī)器人；（8）對線體相關(guān)信號(hào)采用屏蔽線，消除信號(hào)干擾；（9）選配更高級的故障顯示和診斷示教器；（10）采用適中的焊接規(guī)范參數(shù)；（11）對專用氣缸和焊鉗進(jìn)行國產(chǎn)化改代，增強(qiáng)備品的替換；（12）根據(jù)已發(fā)故障，建立點(diǎn)檢表，定期檢查各要害部位，提前做好各耗件的準(zhǔn)備。 除了點(diǎn)焊外，機(jī)器人還可以從事螺柱焊接、搬運(yùn)和裝配、激光焊、涂膠、包邊、激光在 （2）線檢測、鉚接和切割等焊裝生產(chǎn)工作。 4 機(jī)器人激光檢測站的應(yīng)用 鑒于傳統(tǒng)的接觸式機(jī)械三坐標(biāo)測量機(jī)不能及時(shí)快 速提供大量的車身測量數(shù)據(jù)樣本而且只能離線檢測， 機(jī)器人激光測量機(jī)在新的焊裝線得以應(yīng)用。 它是一種柔性非接觸式自動(dòng)光學(xué)測量系統(tǒng)，機(jī)器 人運(yùn)載光

9、學(xué)測頭，激光傳感器發(fā)射激光和平面光，根 據(jù)反射光在CCD成像的位置來獲取被測特征在空間 的位置。測量結(jié)果可以與設(shè)定的邊界對比，可設(shè)定超 圖1 機(jī)器人激光檢測站 界報(bào)警，離線切斷不影響線體運(yùn)行。 機(jī)器人激光測量系統(tǒng)的誤差可通過絕對標(biāo)定和相對溫度補(bǔ)償來補(bǔ)償，精度有保證。測量數(shù)據(jù)可被存儲(chǔ)在測量控制柜的數(shù)據(jù)庫中，可生成不同類型的報(bào)告作進(jìn)一步的分析，實(shí)現(xiàn)近地或遠(yuǎn)程網(wǎng)頁瀏覽。機(jī)器人激光測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在線100%。 2 測量收集關(guān)鍵產(chǎn)品尺寸，這就實(shí)現(xiàn)了及時(shí)在線監(jiān)控和快速響應(yīng)，大量的數(shù)據(jù)也便于對車身作6穩(wěn)定性分析提供了充分的條件，甚至可由系統(tǒng)直接獲取數(shù)據(jù)查詢和分析結(jié)果。 由于測頭單點(diǎn)測量時(shí)間為23秒，因此一定

10、的生產(chǎn)節(jié)拍限制下，測量點(diǎn)數(shù)有限，故通常設(shè)定一個(gè)測頭測量幾十個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。 5 焊裝線體輸送裝置的應(yīng)用 在地板線和總裝線的焊裝線體的輸送設(shè)備中，往復(fù)桿應(yīng)用廣 泛，故障率低，平穩(wěn)可靠，成本低，能實(shí)現(xiàn)幾個(gè)至十幾個(gè)工位 的等距傳輸，傳輸循環(huán)周期可控制在1420秒內(nèi),每工位負(fù)荷可 達(dá)500kg。但是，往復(fù)桿輸送靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪齒條運(yùn)動(dòng)，平衡缸 輔助制動(dòng)和減震沖擊，實(shí)現(xiàn)線體整體升降和往復(fù)，它所帶動(dòng)的 工位數(shù)（或總負(fù)荷）是有限度的，關(guān)鍵受力機(jī)構(gòu)部位，如曲柄 圖2 滑撬 等，因交變載荷作用易疲勞開裂，平衡缸經(jīng)常要補(bǔ)充氣壓。它只能 實(shí)現(xiàn)等間距傳輸，要求各工位間距相等，如都是5m。另外，往復(fù)桿在高位完成前行到位，下降后

11、在低位返回，支撐機(jī)構(gòu)不能與處于低位的各夾具干涉，這使得各夾具機(jī)構(gòu)的布置空間受到限制，支撐機(jī)構(gòu)所掃過的空間不得有夾具機(jī)構(gòu)伸出，這使車體靠線體中間的定位夾緊點(diǎn)無法實(shí)現(xiàn)。而且，往復(fù)桿上的車體支撐機(jī)構(gòu)不能柔性變換，無法實(shí)現(xiàn)一條線體上同時(shí)承載定位基點(diǎn)不同的白車身的混流。 為了解決上述往復(fù)桿缺陷，某新型車身線應(yīng)用了滑撬滾床傳輸?；丝繚L床上的輥輪的滾動(dòng)摩擦力運(yùn)動(dòng)，滾床可以固定，也可以實(shí)現(xiàn)平移，升降和轉(zhuǎn)向，靈活多變，工位間距可不等距，如，某工位兩側(cè)要布置多個(gè)機(jī)器人，需要空間長度達(dá)7-8m，超過5m，其他只需5m，滑撬滾床傳輸就容易實(shí)現(xiàn)這種布置要求。一種滑撬可實(shí)現(xiàn)多品種車身底部支撐，若無法實(shí)現(xiàn)，只需更換滑撬即

12、可?；嗽跐L床處于高位時(shí)運(yùn)輸，避開了復(fù)雜的底部夾具機(jī)構(gòu)的干涉。常用單個(gè)滾床能實(shí)現(xiàn)1 000kg負(fù)荷的傳輸。 滑撬滾床傳輸線柔性程度高，新舊多品種混流難度大為降低，因各工位都有帶電機(jī)和減速機(jī)的滾床和滑撬，要有空間存放空撬和滾床，初次投資成本較高。滾床滑撬運(yùn)輸也有新的特點(diǎn)：（1）滾床與撬本身要求尺寸精度高，而且各工位尺寸高度一致，如Z向不一致會(huì)出現(xiàn)滑撬上下跳動(dòng)和顛簸，X向不一致會(huì)出現(xiàn)左右擺動(dòng)；（2） 聚 氨酯限位靠輪易磨損，更換頻繁，影響運(yùn)動(dòng)過程中對滑撬的 約束；（3）導(dǎo)柱安裝精度高，容易卡住滾床，檢修困難； （4）前進(jìn)皮帶齒易磨損打滑，更換困難；（5）滾床底部的 電機(jī)和減速機(jī)等部件，因空間太小，

13、檢修困難，停工時(shí)間長。 因此要求滾床蓋板可拆卸而非焊固，滾床基礎(chǔ)周圍地坑要留 出足夠的檢修人員活動(dòng)空間。 圖3 升降滾床 單軌空中智能電動(dòng)輸送小車（EMS 小車）被用于地板總成與車體總成的輸送，可實(shí)現(xiàn)裝 卸，升降，輸送，儲(chǔ)存，轉(zhuǎn)線等功能，是一種高度智能和機(jī) 電一體化的輸送系統(tǒng)。一般，地板線3-4臺(tái)小車，總裝線裝備4-5臺(tái)小車。電動(dòng)輸送小車也容易出現(xiàn)電氣故障，如信號(hào) 線、電源線斷路，接觸不良，電源過載等。為降低信號(hào)斷電 概率，可改碳刷滑觸傳輸為無線發(fā)射傳輸，或者用雙觸頭并 聯(lián)輸電代替單觸頭輸電是很好的方法。因有升降控制，選用 的變頻器功率應(yīng)偏大一些，安全可靠。平時(shí)點(diǎn)檢要注意繼電 器觸點(diǎn)是否老化。

14、 圖4 總裝EMS小車 焊裝調(diào)整線一般采用滾床滑撬，板鏈，推桿懸鏈綜合使用輸送駕駛室，故障很低?？罩?3 推桿懸鏈?zhǔn)强侩姍C(jī)減速器驅(qū)動(dòng)站驅(qū)動(dòng)的整條循環(huán)有軌鏈條，簡單可靠。缺陷也很明顯，若在空中一旦出現(xiàn)機(jī)械卡住故障，要沿整個(gè)循環(huán)線路查找故障部位，查找時(shí)間長，空中檢修危險(xiǎn)不便。為此，空中完整的車體在新型車身儲(chǔ)備和輸送線中也應(yīng)用了滑撬滾床傳輸，將白車身運(yùn)往涂裝車間。 6 焊機(jī)群控技術(shù)的應(yīng)用 在此焊裝線中，對懸點(diǎn)焊機(jī)應(yīng)用了群控技術(shù)，就是指利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)集中控制焊機(jī)參數(shù)，系統(tǒng)能限制同時(shí)通電的焊機(jī)數(shù)量，以保證電網(wǎng)平衡，限制使用容量。對點(diǎn)焊機(jī)的焊接電流、焊接時(shí)間、變壓器匝數(shù)比、加壓時(shí)間等焊接參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，

15、 通過電腦界面對每臺(tái)焊接控制器的參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程編制和變更，方便管理，也降低了焊接缺陷。 7 伺服包邊機(jī)的應(yīng)用 對于車門和面罩，該線應(yīng)用了自動(dòng)包邊專機(jī)。自動(dòng)包邊機(jī)工藝過程如下：人工（或機(jī)械）外板涂膠-裝配內(nèi)板總成-皮帶自動(dòng)傳輸工件入模-自動(dòng)壓合包邊-皮帶自動(dòng)傳輸工件出模-人工（或機(jī)械）取件。包邊機(jī)通過程序控制伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)絲杠 轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)壓合與打開動(dòng)作，具有良好的電控性 能，噪聲低，成本低，節(jié)拍高達(dá)90-110秒/臺(tái)，故障率低，但 柔性差，不能共線生產(chǎn)其他品種車門。最常見的故障就是伺服 電機(jī)老化，比如，三個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一組連桿機(jī)構(gòu)，只要其中一臺(tái) 電機(jī)故障，整機(jī)就會(huì)報(bào)警停工，此外，控制模塊也

16、會(huì)產(chǎn)生故障。 為解決柔性生產(chǎn)車門問題，在新的焊裝線中，壓床模具車門自 動(dòng)線被采用，可以及時(shí)更換上下模具以生產(chǎn)不同品種的車門，圖5 伺服控制車門包邊機(jī) 效益顯著，一次性投資較大。 8 自動(dòng)上線裝置的應(yīng)用 自動(dòng)上線裝置也是焊裝生產(chǎn)中最常見的自動(dòng)化裝備，其實(shí)就是一中自動(dòng)升降，水平輸送和裝卸的電氣程控抓具。抓具靠電控氣缸實(shí)現(xiàn)抓取和釋放動(dòng) 作，水平輸送靠電機(jī)減速器驅(qū)動(dòng)摩擦滾輪，升降通過電機(jī)帶 動(dòng)絲杠實(shí)現(xiàn)。尺寸和重量偏大的頂蓋總成和和側(cè)圍總成均可 通過此方式上線，與機(jī)器人抓舉相比，成本低，運(yùn)行平穩(wěn)， 故障率也不高，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸送。定位精度要求較高的水 平輸送可采用雙軌方式，較低的可采用單軌方式。應(yīng)用抓具

17、 抓取焊件自動(dòng)上線就位需要注意的就是，如果焊件由于摩擦 力或運(yùn)行抖動(dòng)與夾具干涉不能準(zhǔn)確裝入就位，可考慮增加導(dǎo) 圖6 側(cè)圍自動(dòng)上線裝置 向裝置防抖，增加傳感器判斷位置是否到位。 此外，AGV (Automated Guided Vehicle)智能控制小車也是一種很好的自動(dòng)物流輸送裝備， 該小車系統(tǒng)主要是由無人駕駛地面磁性或光學(xué)導(dǎo)航的自動(dòng)導(dǎo)引車輛 ，照按照作業(yè)任務(wù)的要求、選擇所規(guī)劃的最優(yōu)路徑、精確行走并?？恐付ǖ牡攸c(diǎn)、完成一系列作業(yè)任務(wù)，如取貨、卸貨、充電等。載荷可達(dá)400-500KG，控制系統(tǒng)可柔性編程，可自動(dòng)也可手動(dòng)觸發(fā)和控制，充電電池做動(dòng)力。但其也有故障提示少，單片機(jī)程序不能方便讀出，內(nèi)部電氣裝置易燒損等缺陷。 4 9 焊接分裝自動(dòng)化的發(fā)展 為了減少車身焊裝車間人力數(shù)量或人工工作量，對眾多的分裝 夾具實(shí)行自動(dòng)化改造是今后努力的方向。（1）可直接用機(jī)器人代 替人工焊接和裝配；（2）空間較大的夾具，用自動(dòng)焊鉗代替人工 點(diǎn)定焊接；開發(fā)或積累設(shè)有自動(dòng)焊鉗和自動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)的焊接專機(jī) 并使其標(biāo)準(zhǔn)化和系列化；（3）連續(xù)的分裝作業(yè)，前后工序間可采 用機(jī)器人抓舉和裝配，或其他的自動(dòng)傳輸裝置，實(shí)行連線生產(chǎn)；（4） 使用自動(dòng)螺柱輸送機(jī)焊接分裝焊件上的螺柱；（5）盡可能的情況 下合并工位。 10 結(jié)束語 （1）車身焊裝車間應(yīng)用