一種應(yīng)用于汽車制造的可編程式多位多點(diǎn)氣控自動(dòng)焊

莫文將 覃永 曹意

摘 要：汽車制造業(yè)是在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的比重越來(lái)越大，也是引領(lǐng)制造業(yè)技術(shù)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)之一。在汽車制造過(guò)程中，車身的焊裝工藝集聚了大部分的先進(jìn)制造技術(shù)。本文介紹一種可編程式多位多點(diǎn)氣控自動(dòng)焊的設(shè)計(jì)及實(shí)際應(yīng)用效果。通過(guò)應(yīng)用可編程式多位多點(diǎn)氣控自動(dòng)焊裝置，解決了白車身零部件一些狹小空間位置的焊點(diǎn)的自動(dòng)焊接問(wèn)題，同時(shí)能夠優(yōu)化白車身生產(chǎn)線的人員配置，并且提升生產(chǎn)線的效率。

關(guān)鍵詞：編程式 多位多點(diǎn) 氣控 自動(dòng)焊

Abstract：Automobile manufacturing industry plays an increasingly important role in the national economy and is also one of the wind vanes leading the technological development of manufacturing industry. In the process of automobile manufacturing， the welding process of body gathers most of the advanced manufacturing technology. This paper introduces the design and practical application effect of a programmable multi position and multi-point pneumatic automatic welding device. Through the application of programmable multi position and multi-point pneumatic automatic welding device， the automatic welding problem of welding spots in some narrow space positions of body in white parts is solved. At the same time， it can optimize the staffing and improve the efficiency of production line.

Key words：programming， multi position and multi-point， pneumatic， automatic welding

1 引言

隨著汽車市場(chǎng)的多樣化需求，汽車生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品也越來(lái)越豐富。焊接是汽車白車身制造的主要工藝之一，智能焊裝線已具備多種車型的生產(chǎn)能力，但是在車身焊接過(guò)程中總會(huì)存在一些因空間位置或者零件本身結(jié)構(gòu)限制而導(dǎo)致現(xiàn)有的焊接機(jī)器人焊鉗不可達(dá)的焊點(diǎn)。例如，車門窗框部位的焊接空間非常狹小且零件型面復(fù)雜，加上生產(chǎn)線上的工裝設(shè)備的干涉，導(dǎo)致已有的自動(dòng)化焊接設(shè)備難以布置，如圖1所示。

針對(duì)上述情況，更換機(jī)器人焊鉗不僅成本高，而且場(chǎng)地也不一定滿足。在白車身生產(chǎn)過(guò)程中，為了保證生產(chǎn)節(jié)拍往往需要專門安排一個(gè)員工負(fù)責(zé)手工焊接機(jī)器人不可達(dá)區(qū)域的焊點(diǎn)，這種生產(chǎn)方式不僅增加了人工成本，而且焊接質(zhì)量也不穩(wěn)定。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本文根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況因地制宜研發(fā)出了一種可編程式多位多點(diǎn)氣控自動(dòng)焊設(shè)備，此設(shè)備可以取代人工焊接生產(chǎn)線上機(jī)器人不可達(dá)區(qū)域的焊點(diǎn)，為車身焊裝生產(chǎn)線自動(dòng)化進(jìn)程添磚加瓦。

2 多位多點(diǎn)氣控型自動(dòng)焊的設(shè)計(jì)

2.1 多位多點(diǎn)氣控型自動(dòng)焊裝置技術(shù)方案

針對(duì)傳統(tǒng)方案存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)多次組織到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地考察分析及技術(shù)方案討論，最終確認(rèn)采用柔性化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)思路，以達(dá)到簡(jiǎn)化工裝結(jié)構(gòu)和減少制造工序的目的。

在具體的方案中，多位多點(diǎn)氣控型自動(dòng)焊裝置主要分為焊接單元、控制單元、移動(dòng)單元三大部分。焊接單元主要是1把電阻點(diǎn)焊焊鉗，負(fù)責(zé)執(zhí)行焊接動(dòng)作；控制單元由電控和氣控兩部分組成，電控部分主要是對(duì)裝置執(zhí)行單元?jiǎng)幼鞯奈蛔藱z測(cè)及控制氣缸的動(dòng)作，氣控部分主要是控制整個(gè)裝置的移動(dòng)和焊接動(dòng)作；移動(dòng)單元負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)焊鉗在整個(gè)工作空間范圍內(nèi)的移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)零部件不同部位的焊接。

2.2 多位多點(diǎn)氣控型自動(dòng)焊裝置主要功能單元說(shuō)明及工作原理

在確定了多位多點(diǎn)氣控型自動(dòng)焊裝置技術(shù)方案后，經(jīng)過(guò)多次的具體設(shè)計(jì)方案的數(shù)模評(píng)審和優(yōu)化，最終設(shè)計(jì)開發(fā)完成以下的用于車門焊接的多位多點(diǎn)氣控型自動(dòng)焊裝置，如圖2所示。多位多點(diǎn)氣控型自動(dòng)焊裝置與車門焊接的布局示意圖圖圖3所示。

圖2和圖3所示的一種多位多點(diǎn)氣控型自動(dòng)焊裝置各部件作用如下所述：01-多位多點(diǎn)氣控型自動(dòng)焊裝置，對(duì)于窗框拐角處焊點(diǎn)可以自動(dòng)焊接的自動(dòng)焊；02-窗框待焊接的車門，合門包邊之后，等待焊接窗框的車門；03-上焊接電極，多位多點(diǎn)氣控型自動(dòng)焊的上電極；04-下焊接電極，多位多點(diǎn)氣控型自動(dòng)焊的下電極；05-自動(dòng)焊本體，多位多點(diǎn)氣控型自動(dòng)焊安裝其它功能單元的框架基礎(chǔ)；06-自動(dòng)焊安裝支座，多位多點(diǎn)氣控型自動(dòng)焊安裝在旋轉(zhuǎn)、滑移機(jī)構(gòu)上的安裝支座；07-自動(dòng)焊安裝支座限位塊，對(duì)自動(dòng)焊旋轉(zhuǎn)進(jìn)行定位限位，讓自動(dòng)焊按需要的角度旋轉(zhuǎn)，該限位塊一共有2處；08-絕緣夾墊，自動(dòng)焊安裝絕緣，避免焊接過(guò)程中自動(dòng)焊本體分流造成不合格焊接；09-二級(jí)滑移安裝座，自動(dòng)焊二級(jí)滑移以上部分功能單元的安裝座；10-旋轉(zhuǎn)氣缸，對(duì)自動(dòng)焊進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，焊接電極擺動(dòng)切換焊接位置；11-二級(jí)滑移導(dǎo)軌，支撐09-二級(jí)滑移安裝座在其上進(jìn)行滑動(dòng)；12-一級(jí)滑移安裝座，自動(dòng)焊一級(jí)滑移以上部分功能單元的安裝座；13-焊接電極打開角度調(diào)節(jié)旋鈕，通過(guò)調(diào)節(jié)旋鈕可以調(diào)節(jié)控制電極打開角度，實(shí)現(xiàn)電極在滑移、轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的掃略避讓；14-電極夾緊檢測(cè)開關(guān)，檢測(cè)焊接電極已經(jīng)夾緊到位，輸出信號(hào)進(jìn)行下一步動(dòng)作；15-自動(dòng)焊焊接氣缸，為焊接電極夾緊待焊接鈑金件提供夾緊動(dòng)力；16-二級(jí)滑移氣缸，為二級(jí)機(jī)構(gòu)滑移提供滑移動(dòng)力，此氣缸是行程可調(diào)；17-一級(jí)滑移氣缸，為一級(jí)機(jī)構(gòu)滑移提供滑移動(dòng)力；18-滑移氣缸浮動(dòng)接頭，浮動(dòng)連接氣缸與滑移安裝座，使氣缸在機(jī)構(gòu)滑移的過(guò)程中伸縮自如，不被卡滯；19-一級(jí)滑移導(dǎo)軌，支撐12-一級(jí)滑移安裝座在其上進(jìn)行滑動(dòng)；20-自動(dòng)焊安裝底板，多位多點(diǎn)氣控型自動(dòng)焊整個(gè)機(jī)構(gòu)的安裝基礎(chǔ)底板。

以上是車門多位多點(diǎn)氣控型自動(dòng)焊裝置的功能單元簡(jiǎn)介，下面對(duì)整個(gè)自動(dòng)焊裝置的工作原理以一個(gè)焊接循環(huán)進(jìn)行詳細(xì)介紹。以上圖3所示多位多點(diǎn)氣控型自動(dòng)焊和門是焊接之前位置狀態(tài)，下一步自動(dòng)焊要進(jìn)行焊接窗框拐角處焊點(diǎn)動(dòng)作。16-二級(jí)滑移氣缸伸出，自動(dòng)焊的焊接單元在09-二級(jí)滑移安裝座上通過(guò)11-二級(jí)滑移導(dǎo)軌滑移到位。此時(shí)03-上焊接電極、04-下焊接電極切入窗框拐角位置第一個(gè)焊點(diǎn)位置。15-自動(dòng)焊焊接氣缸伸出，焊接電極夾緊窗框處板件。14-電極夾緊檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)到已夾緊，輸出電控信號(hào)。焊接電極根據(jù)設(shè)定的焊接參數(shù)進(jìn)行壓緊、焊接、維持動(dòng)作，窗框拐角位置第一個(gè)焊點(diǎn)焊接完成，焊接電極打開。

窗框拐角位置第一個(gè)焊點(diǎn)焊接完成后， 14-電極夾緊檢測(cè)開關(guān)輸出焊接電極已打開電控信號(hào)。17-一級(jí)滑移氣缸伸出，12-一級(jí)滑移安裝座通過(guò)19-一級(jí)滑移導(dǎo)軌滑移到位。此時(shí)03-上焊接電極、04-下焊接電極切入窗框拐角位置第二個(gè)焊點(diǎn)位置。15-自動(dòng)焊焊接氣缸伸出，焊接電極夾緊窗框處板件。14-電極夾緊檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)到已夾緊，輸出電控信號(hào)。焊接電極根據(jù)設(shè)定的焊接參數(shù)進(jìn)行壓緊、焊接、維持動(dòng)作，窗框拐角位置第二個(gè)焊點(diǎn)焊接完成，焊接電極打開。

窗框拐角位置第二個(gè)焊點(diǎn)焊接完成后， 14-電極夾緊檢測(cè)開關(guān)輸出焊接電極已打開電控信號(hào)。10-旋轉(zhuǎn)氣缸帶動(dòng)焊接單元進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切換，有07-自動(dòng)焊安裝支座限位塊對(duì)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行定位。此時(shí)03-上焊接電極、04-下焊接電極切入窗框拐角位置第三個(gè)焊點(diǎn)位置。15-自動(dòng)焊焊接氣缸伸出，焊接電極夾緊窗框處板件。14-電極夾緊檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)到已夾緊，輸出電控信號(hào)。焊接電極根據(jù)設(shè)定的焊接參數(shù)進(jìn)行壓緊、焊接、維持動(dòng)作，窗框拐角位置第三個(gè)焊點(diǎn)焊接完成，焊接電極打開。

窗框拐角位置第三個(gè)焊點(diǎn)焊接完成后， 14-電極夾緊檢測(cè)開關(guān)輸出焊接電極已打開電控信號(hào)。16-二級(jí)滑移氣缸縮回，自動(dòng)焊的焊接單元在09-二級(jí)滑移安裝座上通過(guò)11-二級(jí)滑移導(dǎo)軌滑移回退到位。此時(shí)03-上焊接電極、04-下焊接電極切入窗框拐角位置第四個(gè)焊點(diǎn)位置。15-自動(dòng)焊焊接氣缸伸出，焊接電極夾緊窗框處板件。14-電極夾緊檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)到已夾緊，輸出電控信號(hào)。焊接電極根據(jù)設(shè)定的焊接參數(shù)進(jìn)行壓緊、焊接、維持動(dòng)作，窗框拐角位置第四個(gè)焊點(diǎn)焊接完成，焊接電極打開。

窗框拐角位置第四個(gè)焊點(diǎn)位置全部焊接完成后，17-一級(jí)滑移氣缸回退，12-一級(jí)滑移安裝座通過(guò)19-一級(jí)滑移導(dǎo)軌滑移回退到位。10-旋轉(zhuǎn)氣缸帶動(dòng)焊接單元進(jìn)行旋轉(zhuǎn)回退到位。整個(gè)多位多點(diǎn)氣控型自動(dòng)焊裝置回到焊接之前位置狀態(tài)，等待下一個(gè)焊接工序循環(huán)。

3 多位多點(diǎn)氣控型自動(dòng)焊的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用效果

本文介紹的自主設(shè)計(jì)的多位多點(diǎn)氣控型自動(dòng)焊裝置解決了目前人工焊接窗框焊點(diǎn)的成本高、效率低和人工工程痛點(diǎn)問(wèn)題。該裝置具有以下的創(chuàng)新亮點(diǎn)：裝置的基本結(jié)構(gòu)是根據(jù)車身焊接空間完全自主設(shè)計(jì)的；焊接程序是完全自主編寫的；3、采用一、二級(jí)氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)平面滑移，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)焊接；4、采用了多個(gè)檢測(cè)單元，各單元控焊鉗的一部分動(dòng)作，完美實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)焊接的過(guò)程；采用氣動(dòng)控制，除去各感應(yīng)器外無(wú)需電控，設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單。此外，該自動(dòng)焊裝置在應(yīng)用上也是具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。第一，該自動(dòng)焊裝置可以實(shí)現(xiàn)小空間焊接的要求，能實(shí)現(xiàn)焊點(diǎn)的重復(fù)一致性高質(zhì)量焊接；第二，自動(dòng)焊裝置投入使用后，優(yōu)化了工藝人員崗位，實(shí)現(xiàn)了降本增效；第三，該自動(dòng)焊裝置制作成本低，只占到伺服自動(dòng)焊設(shè)備費(fèi)用的20%～40%；第四，該自動(dòng)焊裝置簡(jiǎn)潔、加工、安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，可以迅速投入使用，能夠滿足柔性焊裝生產(chǎn)線的車型生產(chǎn)快速切換；第五，該自動(dòng)焊裝置結(jié)構(gòu)可靠、運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)備問(wèn)題少，后期基本不用維護(hù)。

該自動(dòng)焊裝置在上汽通用五菱汽車股份有限公司的河西制造基地車身車間進(jìn)行了推廣應(yīng)用，下面從人員優(yōu)化提升、運(yùn)行效率提升、焊接質(zhì)量提升及運(yùn)行效益四個(gè)方面分析應(yīng)用效果。

首先，在人員優(yōu)化提升方面，應(yīng)用了本文介紹的多位多點(diǎn)氣控型自動(dòng)焊裝置后，由于該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)位置多個(gè)焊點(diǎn)的焊接，從而可以減少焊裝生產(chǎn)線的人員配置。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，如圖4所示，車身西部車間生產(chǎn)線人員配置從140人下降到130人，車身東部車間生產(chǎn)線人員配置從150人下降到144人，人員優(yōu)化4%～7%。

其次，在運(yùn)行效率提升方面，在傳統(tǒng)焊接機(jī)器人不可達(dá)區(qū)域應(yīng)用“自研氣控自動(dòng)焊”后，原人力操作崗位CT時(shí)間及瓶頸工位的運(yùn)行效率得到明顯的提升。如圖5所示，工位CT時(shí)間從改善前的60秒下降至改善后的52秒，效率提升了13%以上。

第三，在焊接質(zhì)量提升方面，原手工焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，焊接間距位置得不到保證，一致性非常差。創(chuàng)新制作氣控自動(dòng)焊后，車身焊接焊點(diǎn)穩(wěn)定性得到明顯提升，問(wèn)題逃逸率也有明顯改善。

第四，在運(yùn)行效益方面，通過(guò)應(yīng)用多位多點(diǎn)氣控型自動(dòng)焊裝置，達(dá)到了優(yōu)化產(chǎn)線人員配置、提升產(chǎn)線效率及焊接質(zhì)量的目的，預(yù)計(jì)每年可節(jié)約車間運(yùn)行成本300多萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)如今人們對(duì)于焊接自動(dòng)化的研究程度比較深，也越來(lái)越注重電、光和機(jī)械之間的聯(lián)系。汽車焊接向智能化發(fā)展也很重要。因?yàn)槿绻嚭附拥目刂葡到y(tǒng)比較智能，對(duì)應(yīng)的工作人員將得到減少，這樣不僅成本投入得到有效縮減，汽車車身的質(zhì)量也具有一定的保障。在汽車新品競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈的今天，新汽車產(chǎn)品的更新?lián)Q代不可避免，我們既要滿足新工藝新 設(shè)備帶來(lái)的挑戰(zhàn)， 也應(yīng)該結(jié)合舊的生產(chǎn)線進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，不斷優(yōu)化和完善各個(gè)單元。

本文介紹了一種基于SGMW低成本高價(jià)值理念自主設(shè)計(jì)的自動(dòng)焊裝置。該裝置采用柔性化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)思路，創(chuàng)造性地應(yīng)用傳統(tǒng)的氣控方式代替電控實(shí)現(xiàn)裝置的自動(dòng)化運(yùn)行，既滿足了現(xiàn)代車身焊接生產(chǎn)線的自動(dòng)化需求，又兼顧了成本領(lǐng)先的價(jià)值理念。

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