一種汽車玻璃PVC自動包邊設備的設計

鄧朝結

摘 要：本論文結合汽車曲面玻璃有特殊的曲面，通過深入的分析與研究，設計了一種機械臂汽車玻璃PVC自動包邊設備，能夠提高設備加工的穩定性，提高加工效率，并能減少設備加工的工件動平衡性能對設備加工精度的影響。

關鍵詞：汽車玻璃；PVC；自動包邊設備；

Abstract： This issue has a special combination of car curved glass surface， through in-depth analysis and research， we designed a manipulator auto glass PVC automatic wrapping device to improve the stability of processing equipment， improve processing efficiency and reduce processing equipment influence of processing equipment accuracy workpiece balancing performance.

Keywords ： Auto glass； PVC ；automatic wrapping equipment；selection

1.前言

汽車曲面玻璃有特殊的曲面，使得對于該曲面邊界的高精度包邊加工存在一定的難度。機床設備的靜態性能和動態性能，包括機床的剛度、定位精度、穩定性等，都會對汽車玻璃包邊加工的加工產生很大影響。立足于現有的汽車玻璃PVC自動包邊設備，避免了傳統玻璃包邊設備的一些不足和劣勢，經過了深入的分析與研究，提出一種機械臂汽車玻璃PVC自動包邊設備，通過機械臂，能對不同形狀和尺寸規格的汽車玻璃進行拾取，對汽車玻璃進行安裝定位，檢測需要進行包的邊界，對汽車玻璃邊界可以進行PVC包邊處理等。

2.傳動方案的確定

汽車玻璃曲面構造獨特，曲面復雜，且加工精度要求高。對其進行PVC包邊加工時，采用將汽車玻璃固定在工作臺上，加工機構沿著玻璃邊沿移動，用加熱后的PVC包邊條對汽車玻璃進行塑形包邊加工，從完成對曲面玻璃的包邊加工。若采用傳統模具進行汽車玻璃包邊，由于加工過程中汽車玻璃需要進行長時間固定，等待PVC冷卻塑形，加工時間長所需溫度過高，對環境要求高，加工效率低。針對以上不足，提出了一種機械臂汽車玻璃PVC自動包邊加工設備，采用機械臂環繞加工的方法，對不同形狀和尺寸規格的汽車玻璃進行PVC塑形包邊。

設計一臺汽車玻璃PVC自動包邊設備，包括執行機構、工具系統、定位系統和控制系統等，設備有效操作空間。

機械臂汽車玻璃PVC自動包邊加工設備初步方案：機械手A通過真空吸盤對不同形狀和尺寸規格的汽車玻璃進行拾取和釋放，通過天車軌道運動至工作臺上方，工作臺通過液壓缸陣列的升降和真空吸盤對曲面玻璃進行夾緊固定。固定后，機械臂B控制包邊機構，依靠各傳感器，圍繞汽車玻璃外檐精確移動，對汽車玻璃進行PVC塑形包邊。考慮到設備的加工效率，可以安裝多個機械手A，減少安裝和釋放的時間間隔，提高工作效率。整體方案如圖1所示。

3.總體方案的設計分析以及優化

初步設計方案有以下不足之處：

（1）雖然該設備可以實現對不同形狀和不同尺寸規格汽車玻璃的PVC塑形包邊，但是，包邊材料的選擇對加熱裝置的選擇的影響很大，從而影響整體結構。

（2）對于設備數據庫內沒有的玻璃型號，機械臂B無法進行快速加工。

針對以上不足，經改善后提出以下方案：

進給系統改善方案：包邊材料采用PVC包邊條。并建立數據庫采集和對比程序，在加工的同時進行采集和對比工作，從而采集本型號汽車玻璃數據或調用同型號汽車玻璃數據。

4.主要零部件的設計

根據包邊設備對機械臂的要求，確定機械臂的運動形式為關節型，采取步進電機驅動，傳動機構采用齒輪傳動和同步帶傳動。

4.1機械臂A的設計

步進電機沒有反饋也能夠控制相應的位置和速度；具有一定的自鎖能力和保持扭矩能力。位置誤差不會積累，有助于控制系統的定位。

該軸應選用材料為45號鋼（組合一）。

（4）第四關節的軸設計

機械臂A的第四關節和第一關節基本一致。該軸應選用材料為20號鋼（組合一），許用剪切應力的系數為C=74.1。

機械臂B各軸設計的設計與上相似，這里就不一一列舉。

4.4機械臂材料選擇

臂部要具有較高的剛度。為了防止在運動過程中機械臂的手臂可能產生過大的變形，要合理的設計手臂的截面形狀。常見的手臂截面有工字型和槽型。通過計算結果的分析，機械臂A靠近第一關節處受力最大，通過比較確定機械臂截面形狀為工字型的，選擇機械臂材料：45號鋼。

4.5玻璃包邊機構的設計（機械臂B的機械手）

根據汽車整體設計的需要，除前門玻璃和后門玻璃以外，其他的汽車玻璃都需要進行塑性包邊加工。玻璃進行塑性包邊后，外觀會更好，密封性也會得到加強，同時也能夠降低風噪。

通過對幾種包邊方式的分析比較，結合本設備的要求，初步采用機器人滾輪包邊。參考KUKA工業包邊機器人，設計原理圖，如圖4所示

驅動輪1帶動PVC包邊條從左上側進入加熱機構，PVC包邊條在加熱機構中加熱到一定溫度后，驅動輪2帶動已經加熱完成的PVC包邊條送出加熱機構，進行包邊。右側包邊機構的前輪起導向作用，后輪將加熱好的PVC包邊條固定在汽車玻璃上，壓緊。考慮到汽車玻璃表面灰塵問題，可以再前輪前面加一個除塵裝置，提高包邊質量。

5、總體設計

CATIA軟件以其強大的曲面設計功能而在飛機、汽車、輪船等設計領域享有很高的聲譽。CATIA的曲面造型功能體現在它提供了極豐富的造型工具來支持用戶的造型需求。比如其特有的高次Bezier曲線曲面功能，次數能達到15，能滿足特殊行業對曲面光滑性的苛刻要求。通過軟件主要完成了主要零件的建模，包括機械臂A，機械臂B，底座，工作臺等，最后形成總裝圖。

6.總結

本文針對汽車曲面玻璃的特殊性及對包邊設備的特殊要求，結合現有的包邊設備的不足，提出了一種機械臂汽車玻璃PVC自動包邊加工設備，采用機械臂環繞加工的方法，對不同形狀和尺寸規格的汽車玻璃進行PVC塑形包邊，并介紹了重零部件的設計過程，利用CATIA軟件進行三維造型形成總體裝配圖

參考文獻：

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