自行車車架后三角實現自動化焊接的設計與仿真

毛現艷，王海琴，李穎，劉月娟

?

自行車車架后三角實現自動化焊接的設計與仿真

毛現艷，王海琴，李穎，劉月娟

（青島職業技術學院，山東 青島 266555）

在制造業中，自行車生產一般經過焊接、噴涂和組裝3道工序完成。其中噴涂工序基本實現了自動化作業，但焊接與組裝環節大多依靠人工進行，自動化程度較低。為提高生產效率和產品質量，針對焊接流程進行設計改造，提出一套可以實現自行車車架自動化焊接的設計方案，并運用軟件進行焊接過程的仿真測試驗證。

車架后三角；自動化焊接；生產線布局；工藝流程

自行車不僅是一種綠色環保的交通工具，也可作為健身器材參與體育競技運動，越來越受到人們的喜愛，需求量巨大。為提高生產效率和產品質量，本文針對焊接流程進行設計改造，提出一套可以實現自行車車架自動化焊接的設計方案，并運用軟件進行焊接過程的仿真測試驗證。根據制造業中工廠焊接自行車車架的實際情況，將功能性、經濟性、安全性、實用性和時效性等方面作為設計原則，對自行車車架自動化焊接的實現進行方案設計。

1 生產線布局設計

自行車車架的實際結構如圖1所示，其中后上叉、后下叉、勾爪與中管組成車架后三角。為實現自行車車架后三角的自動化焊接，設計其具體生產線布局如圖2所示。

圖1 自行車車架組成

該自行車車架自動化焊接的生產線布局由傳送帶1（輸入傳送帶）、傳送帶2（輸出傳送帶）、自帶夾具裝置的機器人1（又稱抓取機器人）、自帶焊槍裝置的機器人2（又稱焊接機器人）以及安全防護欄、控制柜等輔助裝置組成。

圖2 自行車車架自動化焊接的生產線布局

依據設計生產線布局，該自行車車架自動焊接生產線總共有4個工位。每一個工位的具體功能如下：①傳送帶1又稱輸入傳送帶，由上一道工序輸入待焊接的自行車車架；②機器人1又稱抓取機械手，自帶夾具裝置，對輸入的自行車車架進行抓取、搬運、定位，起到搬運和夾具的作用；③機器人2又稱焊接機器人，自帶焊槍，對自行車車架后三角實現自動焊接；④傳送帶2又稱輸出傳送帶，對焊接好的自行車車架進行輸出，進入下一道工序。

2 工藝流程設計

針對實現自行車車架后三角的自動化焊接，根據生產線布局，設計自行車車架工件的焊接工藝流程。具體焊接工藝流程如圖3所示。

圖3 自行車車架的自動焊接工藝流程圖

其具體工藝流程為：輸入傳送帶將待焊接的自行車車架傳送到指定位置→抓取機器人用夾具對工件進行抓取、搬運和定位→焊接機器人用焊槍對車架后三角進行焊接→抓取機器人將焊接完成的車架搬運到指定位置，通過輸出傳送帶將車架工件輸出到下一道工序。

3 功能實現設計

根據總體設計方案，將整體功能分為傳送和焊接2大模塊，分別由2個傳送帶和2個機械手實現運動功能。其中，輸入/輸出傳送帶實現對自行車車架工件焊接前的輸入功能和焊接后輸出的傳送功能，由三相異步電動機帶動運行，通過帶有光電傳感器的PLC控制器實現傳送帶的運動啟停及自行車車架工件在傳送帶上的位置控制；抓取機械手采用六自由度機器人，且機械手配置夾具，通過機器人語言在線編程實現對工件的抓取、搬運和定位；焊接機器人也采用六自由度機器人，且機械手配置焊槍，通過機器人語言在線編程實現對自行車后三角的順序焊接。考慮自行車車架體積小、質量輕、焊接工位密集的實際特點，在實際焊接過程中對固定工件的機械手和焊接機器人采用在線編程實現交互運動的方式，避免發生焊接運動過程中的干涉現象。

4 方案實現

采用西門子Process Simulate軟件建立焊接的三維生產線布局，并對方案進行焊接仿真測試。其中定義車架后三角焊接流程為：①中管與上叉焊接；②上叉與勾爪焊接（左側）；③下叉與勾爪焊接（左側）；④中管與下叉焊接；⑤上叉與勾爪焊接（右側）；⑥下叉與勾爪焊接（右側）。焊接過程如圖4所示。

通過仿真驗證，該設計方案可實現車架后三角6個焊接工位的自動化焊接，并無焊接干涉現象，該方案可行。

圖4 自行車車架后三角的焊接仿真

5 結束語

通過建立生產線布局，設計焊接工藝流程，并利用西門子Process Simulate軟件對自行車車架后三角按照焊接流程進行仿真測試。通過仿真驗證，證明對自行車車架后三角實現自動化焊接的設計方案是可行的。這對于以后實現自行車車架后三角自動化焊接的升級改造具有借鑒意義。

［1］任小康.汽車焊裝中機器人焊接仿真技術的應用進展［J］.山東工業技術，2015（9）：8-9.

［2］范鵬程.焊接自動化關鍵技術研究——焊縫識別與跟蹤［D］.廣西：廣西科技大學，2014.

［3］王珊珊.仿真焊接軟件系統關鍵技術的研究與應用［D］.哈爾濱：哈爾濱工業大學，2014.

2095－6835（2018）21－0122－02

U484

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.21.122

毛現艷（1986—），女，山東臨沂人，碩士研究生，助教，研究方向為機電一體化技術。

〔編輯：嚴麗琴〕