汽車車架縱梁自動合梁點焊設備的設計及應用

李建為，張國旭，李永剛，單寶德，武曉東

（國機鑄鍛機械有限公司，山東 濟南 250306）

目前在商用汽車車架總成領域，許多車架都是由U 形外梁（主梁）和U 形內梁（襯梁）組成，有時先對U 形外梁和U 形內梁進行預先沖孔，然后對U 形外梁和U 形內梁進行合梁點焊；有時先對平板外梁和平板內梁進行預先沖孔，然后平板外梁和平板內梁進行組合點焊。U 型梁或平板梁在組合點焊時都需要相應孔對正，但是傳統的設備在進行合梁時偶爾會出現孔對不正的現象，從而造成無法合梁，這時就需要人工進行干預。但是人工干預費時費力，并且效果不好。針對此現象我司研制了全新的自動合梁點焊設備。該設備可通過調整相應的工藝流程，保證相應孔對正，實現內梁順利鑲入外梁中，再進行點焊，從而解決傳統設備的不足。

1 設備概況

該款自動合梁點焊設備是我司在商用車車架總成領域新研發的一種全新設備。本設備可實現U 形外梁和U 形內梁相應孔對正后內梁順利鑲入外梁中，自動完成內外梁的合梁壓緊，再通過點焊機對合梁進行點焊固定。

本設備主要由：上料臺、上料電磁行吊、翻轉定位裝置、合梁單元、銷送進單元、點焊單元、對中導向裝置、出料單元、下料電磁行吊、下料臺、液壓系統、氣動系統、電控系統等組成。其中銷送進單元、點焊單元、出料單元沿設備長度方向依次布置；上料臺、翻轉定位裝置、銷送進單元、合梁單元沿設備寬度方向從前到后依次布置，在它們的上方布置上料電磁行吊；下料臺、出料單元沿設備寬度方向從前到后依次布置，在它們的上方布置下料電磁行吊；對中導向裝置布置在點焊單元的左右兩側，依次進行內梁→外梁→壓力機合梁→送進銷送進→點焊→出料，完成合梁點焊[1，2]，詳細布置如圖1 所示。

圖1 設備布置示意圖

該型合梁點焊設備真正實現了U 型梁從上料、合梁、點焊、下料等全自動加工，極大地節約了人力，實現了U 型梁合梁點焊生產過程的自動化。

2 工作原理

根據縱梁的合梁成形工藝，需要對U 型梁或平板梁進行預沖孔。在進行內外梁合梁時需要以工藝孔進行定位[3]，用以實現其他孔位的對正。

已完成預沖孔的內外梁放置于上料臺上，上料電磁行吊先將內梁從上料臺吊至翻轉定位裝置上，如果內梁在上料臺上為開口向下姿態，此時需要通過翻轉裝置把內梁翻轉為開口向上姿態；如果內梁在上料臺上為開口向下姿態則不需要經過翻轉，翻轉定位裝置集成了邊定位和驅動裝置，可通過驅動裝置完成內梁在翻轉定位裝置上的邊定位和端頭定位（粗定位）。

合梁單元上的插銷裝置，通過伺服驅動將固定銷和活動銷分別移動到指定位置，上料電磁行吊把完成粗定位后的內梁，從翻轉定位裝置吊運至合梁單元中的合梁平臺位置（即合梁工位），定位銷插入到內梁上的定位孔（工藝孔），對內梁進行定位（精定位）。

合梁單元中的多臺壓力機，通過同步裝置一起移動到合梁平臺位置（即合梁工位），然后四臺合梁壓力機的滑塊帶動電磁鐵一起下降并壓緊內梁，電磁鐵勵磁吸住內梁，插銷裝置拔出兩定位銷，合梁壓力機的滑塊同步上升，把內梁從合梁平臺上吊起，合梁壓力機通過同步裝置帶著內梁同步后移，讓開合梁平臺位置，到達避讓工位。

上料電磁行吊后將外梁從上料臺吊至翻轉定位裝置上，如果外梁在上料臺上為開口向下姿態，此時需要通過翻轉裝置把外梁翻轉為開口向上姿態；如果外梁在上料臺上為開口向下姿態則不需要經過翻轉，由翻轉定位裝置完成外梁的邊定位和端頭定位（粗定位）；上料電磁行吊把完成粗定位后的外梁從翻轉定位裝置吊運至合梁單元中的合梁平臺位置（即合梁工位），定位銷插入到外梁上的定位孔（工藝孔），對外梁進行定位（精定位）。

完成外梁的精定位后，合梁壓力機帶著內梁同步移動，向前返回合梁平臺位置（即合梁工位）；合梁壓力機的滑塊同步下降，將內梁壓到外梁之中，內梁和外梁的組合稱作組合梁；此時定位銷將同時穿過內梁和外梁；合梁壓力機上的電磁鐵退磁，插銷裝置拔出定位銷，完成內外梁的合梁；此時合梁壓力機的滑塊依靠油缸的壓力繼續保持壓緊組合梁的狀態。

合梁壓力機夾持組合梁向前同步移動到銷送進單元中的銷送進工位；在銷送進工位上料側依次安裝有送進銷Ⅰ和送進銷Ⅱ，在下料側安裝有送進銷Ⅲ；送進小車分別帶動送進銷Ⅰ、送進銷Ⅱ移動到指定位置，兩送進銷同時插入到組合梁的定位孔中，保持組合梁中內梁和外梁相對位置不發生變化，然后合梁壓力機的滑塊上升帶動電磁鐵離開組合梁，合梁壓力機向后退回到避讓工位。

送進小車上的送進銷Ⅰ、送進銷Ⅱ共同帶動組合梁向點焊單元方向同步運動進行送進，將組合梁送到預定的焊接位置，點焊單元的點焊機對組合梁進行點焊焊接。

送進銷Ⅱ到達點焊機旁邊進入工作死區時，拔出送進銷Ⅱ，送進銷Ⅰ繼續送進；送進銷Ⅰ到達送進銷Ⅱ附近并進入工作死區時，出料小車上的送進銷Ⅲ插入到組合梁的定位孔，然后拔出送進銷Ⅰ；送進銷Ⅰ、送進銷Ⅱ返回，送進銷Ⅲ繼續送進，送進銷Ⅰ、送進銷Ⅱ返回到與合梁單元定位銷對應的x 向位置時停止；送進銷Ⅲ繼續將組合梁送進，直到全部焊點完成焊接，并將組合梁送到下料位置。

組合梁送到下料位置后，下料電磁行吊將組合梁從出料單元上吊運至下料臺上，從而完成合梁點焊的全部工作。

3 設備主要單元

3.1 合梁單元

合梁單元主要由多臺合梁壓機、定位銷、合梁平臺等共同組成。合梁壓機通過同步裝置保證同步前進和后退；壓機上的電磁鐵通過液壓油缸完成升降動作，液壓油缸可提供足夠的壓力使內外梁完成合梁；液壓油缸通過伺服比例閥實現共同升降；定位銷定位牢固并準確，能夠適應縱梁因工藝孔偏差所造成的合梁困難，并能夠承受合梁壓機下壓時內外梁因錯位產生的剪切力。

3.2 銷送進單元

銷送進單元主要由上料支撐架、下料支撐架、送進小車、送進銷等組成。I 號和II 號送進小車安裝于上料支撐架上，III 號小車安裝于下料支撐架上；三個送進銷分別安裝于三個送進小車上，其中送進銷I 和送進銷II 安裝于縱梁上料側，送進銷III 安裝于縱梁下料側；縱梁上料側送進銷I 和送進銷II同時插入縱梁的定位孔中，形成一面兩銷定位[4]，可保證內外梁相對位置不變；進入點焊設備后點焊機對合梁進行點焊，合梁點焊后內梁和外梁完全固定，此時可根據工況拔出送進銷II 和送進銷I；三個送進銷均采用伺服驅動，可有效保證送進時的同步性和準確性。

3.3 對中導向裝置

對中導向裝置布置于點焊單元左右兩側緊靠點焊機，分別安裝在銷送進單元的上料支撐架和出料單元的下料支撐架上。設置對中導向裝置的目的是僅有一個送進銷送進時，避免縱梁偏轉，對中導向裝置帶有一對立輥，根據外梁的外寬，以縱梁中線對稱調整。

3.4 升降支撐輥

為適應有落差等截面U 型梁（折彎梁）的通過，在上料支撐架和下料支撐架上安裝有多組升降支撐輥，升降支撐輥能夠在縱梁送進時根據折彎點的位置進行升降，以適應折彎梁高度的變化。對于僅需要直梁合梁點焊生產時，升降支撐輥不需要升降功能。

4 結束語

本文介紹了我公司設計生產的全新縱梁自動合梁點焊設備的基本結構及工作原理。根據用戶現場反饋，該型縱梁自動合梁點焊設備能夠很好地實現U 型縱梁的合梁點焊工作，大大提高工作效率，減輕操作人員的工作強度，將原先需幾人操作的設備減少為一人即可操作，真正實現了自動化生產。