換型高頂頂蓋生產(chǎn)線節(jié)拍提升研究

陳大艷 盧永安 楊京

摘 要：隨著公司轉(zhuǎn)型發(fā)展 裝焊車間換型高頂頂蓋生產(chǎn)線改造后生產(chǎn)的臥鋪加寬高頂車型節(jié)拍無(wú)法滿足大裝線生產(chǎn)節(jié)拍 通過(guò)對(duì)PLC控制流程及機(jī)器人焊接過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化 使高頂頂蓋生產(chǎn)線節(jié)拍提升17.5% 滿足大裝線線體的節(jié)拍需求。

關(guān)鍵詞：頂蓋生產(chǎn)線;點(diǎn)焊機(jī)器人;焊接參數(shù);節(jié)拍提升

中圖分類號(hào)：TP242.2? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）18-165-03

Abstract： With the transformation of company development， the original HX high- roof production line in the welding workshop has been transformed to product the type of wider and highten roof， but the production time after the transfor -mation could not meet the production time of the Automobile assembly welding line. Through the optimization of the PLC control process and the robot welding process， the rate of the production line of the high- roof is increased by 17.5%， which can meet the rate demand of the Automobile assembly welding line.

Keywords： High-roof production line; Spot welding robot; Welding parameter; Improvement of production rate

CLC NO.： TP242.2? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-165-03

前言

陜重汽車身廠裝焊車間換型區(qū)域高頂頂蓋生產(chǎn)線原設(shè)計(jì)生產(chǎn)普通高頂車型 由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整 對(duì)換型高頂頂蓋生產(chǎn)線進(jìn)行了改造 改造后的生產(chǎn)線生產(chǎn)臥鋪加寬車型頂蓋。由于臥鋪加寬頂蓋車型在換型所有車型中的占比大 原設(shè)計(jì)頂蓋生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍無(wú)法滿足換型大裝線生產(chǎn)節(jié)拍 使得大裝線的產(chǎn)能不能充分發(fā)揮 急需對(duì)高頂頂蓋生產(chǎn)線進(jìn)行節(jié)拍提升改造。

1 生產(chǎn)線布局及構(gòu)成

高頂頂蓋生產(chǎn)線采用1套西門子CPU317-2PN/DP PLC作為電氣主控系統(tǒng) 采用PROFIBUS-DP總線進(jìn)行通訊 有4套KUKA KRC2點(diǎn)焊機(jī)器人 4套BOSCH焊接控制器 3套SEW變頻器 4套SMC閥島模塊 2個(gè)HMI等組成的總線控制系統(tǒng)。生產(chǎn)線布局圖見(jiàn)圖1 實(shí)物見(jiàn)圖2。

2 工藝流程

高頂頂蓋生產(chǎn)線是由一套控制系統(tǒng)控制 具備手動(dòng)/自動(dòng)功能的生產(chǎn)線 其工藝流程如下圖3所示 高頂頂蓋各分總成在HRF020工位預(yù)裝 進(jìn)入機(jī)器人工作站焊接 焊接過(guò)程分三步：1#臺(tái)車低位定位焊接、PICK UP高位補(bǔ)焊、2#臺(tái)車低位補(bǔ)焊。HRF020工位預(yù)裝時(shí) 采用人工上件 按鈕步進(jìn)式控制 當(dāng)HRF020預(yù)裝完工后 1#臺(tái)車滑入機(jī)器人工作站 之后線體進(jìn)入全自動(dòng)狀態(tài) 即自動(dòng)完成夾具動(dòng)作、工件轉(zhuǎn)接及完工上線工作。

3 改進(jìn)措施

該產(chǎn)品從工件預(yù)裝到工件產(chǎn)出需經(jīng)過(guò)十多道工藝流程 特別是在機(jī)器人工作站內(nèi)需完成3個(gè)不同工裝自動(dòng)切換及機(jī)器人焊接補(bǔ)焊任務(wù) 主要從機(jī)器人焊接工位各參數(shù)優(yōu)化及焊點(diǎn)調(diào)整、高頂生產(chǎn)線PLC和自行小車PLC程序控制邏輯優(yōu)化及3臺(tái)電機(jī)提速幾個(gè)方面進(jìn)行改善提升 主要改善點(diǎn)有：

（1）提高臺(tái)車1行走電機(jī)、臺(tái)車2行走電機(jī)和PICK-UP升降電機(jī)運(yùn)行速度 電機(jī)轉(zhuǎn)速由1000rpm提高到2000rpm 通過(guò)PLC程序?qū)l(fā)送給變頻器的轉(zhuǎn)速參數(shù)進(jìn)行修改 提高電機(jī)運(yùn)行速度后整體節(jié)拍提升13秒。

（2）換型頂蓋生產(chǎn)線人工工位打磨后 手動(dòng)按下放車按鈕 臺(tái)車2電機(jī)由打磨工位進(jìn)入頂蓋自行小車上件工位 由頂蓋自行小車抓件送入大裝線。改善前的控制邏輯為臺(tái)車2運(yùn)行到上件工位后 頂蓋自行小車吊具才從上限位開(kāi)始下降進(jìn)行抓件 抓完工件上升到上限位后臺(tái)車2才從上件工位回到中間打磨工位;通過(guò)對(duì)頂蓋自行小車程序進(jìn)行優(yōu)化 頂蓋自行小車提前下降到離臺(tái)車2有1米安全距離高度時(shí)等待臺(tái)車2送件 當(dāng)臺(tái)車2將頂蓋分總成送至上件工位后 頂蓋自行小車收到聯(lián)鎖信號(hào)后下降抓件 等抓完工件上升到1米安全距離后發(fā)送聯(lián)鎖信號(hào) 臺(tái)車2就可回到中間打磨工位。改善后可節(jié)約37秒 但該37秒不作為全部節(jié)拍提升時(shí)間 確保了25工位機(jī)器人補(bǔ)焊完工以后不至于等待臺(tái)車2 也給操作人打磨留給充分的時(shí)間。

（3）優(yōu)化臺(tái)車1和臺(tái)車2運(yùn)行啟動(dòng)條件控制流程 改善前的控制邏輯為在HRF30機(jī)器人補(bǔ)焊工位完工后臺(tái)車2帶工件滑出 當(dāng)臺(tái)車2運(yùn)行到達(dá)打磨工位后 臺(tái)車1夾具帶工件滑入機(jī)器人工位。改善措施為當(dāng)臺(tái)車2運(yùn)行1米以后就觸發(fā)臺(tái)車1可滑入 通過(guò)對(duì)兩個(gè)臺(tái)車的電機(jī)編碼器讀取數(shù)值進(jìn)行連鎖保護(hù) 并且在臺(tái)車1上增加防撞保護(hù)開(kāi)關(guān) 防止臺(tái)車2意外停止運(yùn)行導(dǎo)致的兩臺(tái)臺(tái)車相撞事件。可節(jié)約電機(jī)運(yùn)行時(shí)間5秒。

（4）優(yōu)化PICK-UP升降電機(jī)運(yùn)行控制邏輯條件 原設(shè)計(jì)時(shí)臺(tái)車2電機(jī)與升降電機(jī)完全互鎖 即兩臺(tái)電機(jī)不能同時(shí)工作。臺(tái)車2只在進(jìn)入PICK-UP下方補(bǔ)焊工位時(shí)才與升降電機(jī)聯(lián)鎖 當(dāng)臺(tái)車2在打磨工位與自行小車上件工位運(yùn)行時(shí)與升降電機(jī)不關(guān)聯(lián)。節(jié)約由于互鎖導(dǎo)致的等待8秒時(shí)間 但該8秒不是每次都會(huì)有 屬于偶發(fā)。

（5）優(yōu)化機(jī)器人焊接控制器焊接參數(shù) 在焊接預(yù)熱階段 預(yù)備、壓緊、預(yù)熱、冷卻時(shí)間共690ms 通過(guò)優(yōu)化該階段參數(shù) 主焊接和回火階段時(shí)間參數(shù)未變更 在確保同等焊接質(zhì)量條件下 焊接預(yù)熱階段時(shí)間共450ms 每個(gè)焊點(diǎn)節(jié)約240ms 瓶頸機(jī)器人R9和R10在三個(gè)不同工位共需焊接50個(gè)焊點(diǎn) 可節(jié)約焊接時(shí)間12秒。

（6）優(yōu)化瓶頸機(jī)器人R9、R10焊點(diǎn)分布 R9和R10在HRF20、HRF25、HRF30三個(gè)工位焊接完工同步性不好 在HRF20定位焊接時(shí) R9慢7秒 在HRF25高位補(bǔ)焊時(shí) R9慢5秒 在HRF30補(bǔ)焊時(shí) R10慢10秒。分析原因?yàn)镽9、R10在三個(gè)不同工位焊點(diǎn)數(shù)量不一致 調(diào)整機(jī)器人焊點(diǎn)分布 將R9在HRF20工序的2個(gè)焊點(diǎn)挪到HRF30補(bǔ)焊工位。另機(jī)器人部分運(yùn)動(dòng)軌跡不是很合理 將部分LIN直線運(yùn)動(dòng)命令行優(yōu)化為PTP點(diǎn)到點(diǎn)命令行 重新示教部分過(guò)渡點(diǎn) 減少多余動(dòng)作 優(yōu)化機(jī)器人軌跡 在正常工作狀態(tài)R9與R10機(jī)器人之間無(wú)干涉等待。通過(guò)該項(xiàng)焊點(diǎn)分布調(diào)整及軌跡優(yōu)化 節(jié)約時(shí)間10秒。

（7）通過(guò)上述改進(jìn)后 節(jié)拍提升較改善前提升20.3%。但R9、R10機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中 由于焊鉗大 自重重 機(jī)器人在每次工作后回原位停止時(shí)焊鉗慣性大 焊鉗有明顯的擺動(dòng)現(xiàn)象 為了確保機(jī)器人焊鉗運(yùn)行的安全性及可靠性 將機(jī)器人工作后回原位及之前的幾條運(yùn)動(dòng)命令行加速度、速度選擇80%-50% 焊鉗擺動(dòng)現(xiàn)象明顯好轉(zhuǎn)。改善后的生產(chǎn)線節(jié)拍較改善前提升17.5%。

4 改進(jìn)效果

通過(guò)對(duì)頂蓋生產(chǎn)線涉及到的臺(tái)車電機(jī)、機(jī)器人焊接參數(shù)及焊點(diǎn)分布、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡、PLC控制邏輯等設(shè)備進(jìn)行綜合改造 使換型高頂頂蓋生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍較改善前提升17.5% 滿足換型大裝線生產(chǎn)節(jié)拍要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

除高頂頂蓋生產(chǎn)線本身節(jié)拍提升達(dá)到需求以外 還需確保設(shè)備運(yùn)行的可靠性。原該工作站由于使用頻率不高 設(shè)備有一些隱性故障也未暴露 因此 在改造完后滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí) 設(shè)備故障率也偏高 主要表現(xiàn)為工裝上檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)不可靠、機(jī)器人完工信號(hào)復(fù)位條件不完善、行走電機(jī)運(yùn)行時(shí)PROFI -BUS-DP總線系統(tǒng)報(bào)警停機(jī) 通過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行觀察及維修改進(jìn)后 高頂頂蓋生產(chǎn)線運(yùn)行平穩(wěn) 節(jié)拍滿足生產(chǎn)要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 史有為.點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)在一汽轎車生產(chǎn)線上的應(yīng)用及經(jīng)驗(yàn)[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2008.11.

[2] 朱正行，嚴(yán)向明，王敏.電阻焊技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2001.

[3] 梁琦.陳文平.自動(dòng)化焊接機(jī)器人生產(chǎn)線的相關(guān)優(yōu)化研究[J].焊接技術(shù).2015.44（7）.