汽车中通道焊接柔性生产线设计研究

摘要:论述了汽车中通道柔性生产线的设计，详细介绍了中通道柔性生产线的工艺布局和设备选型、快换夹具设计和控制系统设计。通过设计小车，实现不同车型夹具的快速切换;设计八角管补焊抓手，应用于机器人补焊，可实现生产线的多节拍切换与应用。

关键词:中通道;柔性生产线;快换夹具;补焊抓手

0引言

目前在汽车的制造业中白车身焊接主要有点焊、弧焊、激光焊等多种焊接工艺，工业机器人取代人工焊接得到了越来越广泛的应用。由于汽车新旧交替需要不停地换代更新，或研发新的车型，能否降低减少设备投入并及时地焊接出符合装车要求的零件已经成为汽车零部件制造商抢占市场的关键因素。焊接生产线都以高柔性化、智能化的方向发展，生产线需能够与产品更新换代的频率保持一致，适应多种不同车型的生产显得尤为重要。本文作者论述了汽车中通道高柔性焊接生产线的工艺设计与研究，包括设备的选型与工装开发，为汽车中通道柔性焊接生产线的设计提供高效的解决方案。

1柔性中通道生产线设计

1.1汽车中通道结构

汽车中通道是目前绝大部分乘用车中都会用到的零部件，它连接机舱和地板，要求强度高。不同的车型，中通道的结构不同，同时产量也不一样，图1为公司量产的3种车型的中通道结构，主要由通道本体、加强板和底部线束安装支架等。

1.2生产线的工艺布局和设备

中通道产线布局如图2所示，线体包含机器人系统(机器人本体、控制柜、示教器、焊枪、焊机、修磨器)，控制系统有PLC控制柜、HMI触摸屏和安全防护。另外，线体还包含5台电控夹具，3套伺服旋转台。自动化线体中机器人是非常重要的组成部分，选用FANUC2000ic210f机器人，负载2100N，进行焊接与搬运操作，动作灵活，精度高、速度快并且体积较小，适用范围广，通用性强［1］。伺服旋转台可以保证机器人与操作员进行交替作业，减少机器人等待时间，提高生产效率。伺服焊枪电阻点焊的关键设备，对于柔性化的生产线起着至关重要的作用。司法焊枪主要有C型枪和X型枪两种形式，针对不同的产品，也需选用不同型号的焊枪［2］。汽车中通道上的焊点主要集中在通道主体平面上的焊点以及开挡内侧立面上的焊点，因此通过CAE分析可以看到如图3所示，静电极较短的X型焊枪具备较强的通用性，可以满足所有点的焊接。

2工装设计

2.1焊接夹具和抓手设计

焊接夹具是点焊生产线的重要组成部分，其设计结构直接影响产品焊接的可行性、产品质量和生产节拍。焊接夹具必须要有足够的强度和刚度，夹紧放松稳定，保证零件的每次装夹状态一致性。另外，需要考虑人机工程，夹具操作灵活，便于拆卸工件，同时也要考虑便于制造、安装及吊装［4］。在焊接夹具的本体设计中，注重采用轻量化设计，减轻工装的质量，方便吊装和移动。根据中通道的结构与形状，夹具主体设计为长条形结构，安装在旋转台上，图4为H车型工序3的夹具，设计结构简单、操作方便。搬运抓手是将在夹具上点固完成后的零件抓起来进行补焊操作。补焊机器人的设计可以实现生产线的多节拍切换，对于产量大的车型则可以启用补焊机器人。通道体积较大、质量大，考虑到机器人的负载，因此抓手结构设计最主要保证轻量化与柔性化，图5为中通道的抓手结构，其主体框架采用铝制八角管，强度高、质量轻，同时可以多孔位安装定位夹具结构，实现了搬运抓手的轻量化与柔性化特点。

2.2夹具快换

为实现生产线的柔性化生产，工作站的每个夹具工位都设计成了快换结构形式，如图6(a)所示。旋转台座两侧安装有滚轮，转台里侧安装有伸缩定位销和限位块，外侧则是设计了导向块1，夹具在旋转台上的安装方式如图6(b)所示。夹具的切换采用快换小车形式进行切换，小车的结构如图7所示，两侧都采用滚轮承载夹具底板，用锁紧销在将夹具与小车固定，小车前部设计导向块2与导向块1进行适配。进行夹具切换时，将空小车推到转台框架处，通过导向块配对找准位置，夹具伸缩销退出，即可将转台上夹具推上小车，然后将承载另外夹具的小车采用同样的方式推上转台，如图8所示。夹具的线路与气路都采用快插的形式，小车夹具切换的方式高效稳定，可快速实现不同车型夹具的切换。

3控制系统设计

通道生产线自动化控制系统如图9所示。整套系统由PLC控制柜来进行控制和管理，包括所有的机器人、夹具、抓手、伺服转台、修磨器等［5］。控制系统具有自动控制、检测、保护、报警等功能。当不同车型的夹具切换时，PLC能够检测夹具与所选择车型是否匹配，匹配通过后可控制机器人调用所对应产品的焊接程序进行作业。系统的启动、停止以及暂停、急停等运转方式均通过触摸屏进行。系统运行状态及系统报警可在触摸屏上显示如图10所示，同时系统运转状态也由三色灯显示。此外，机器人控制柜、示教盒、触摸屏和安全门上都设有急停按钮，发生紧急情况时可对系统进行紧急停止并同时发出报警。机器人工作时速度快，因此安全性必须是第一保证要素，其次要保证产品的质量性，还要具备设备故障报警功能。PLC程序需做多项完整的报警功能，压缩空气、冷却水、安全门、安全光栅以及机器人等报警。另外，为保证产品质量，还有产品的防漏、放错、防反报警功能，并通过触摸屏及工位三色灯给予相应的指示，机器人自动停止运动，待故障排除后再重新开始工作。

4结束语

文中详细论述了中通道柔性生产线的设计开发。通过伺服转台系统、快换夹具与切换小车、补焊机器人的设计，人性化的自动化控制系统，可以实现通道产线的柔性化、多节拍化，提高生产效率，减少投资成本，具有指导性的意义。

作者:秦承华 杨黄锐 张颖 熊玮 单位:东风(武汉)实业有限公司