汽车机器人柔性焊接工作站仿形工装技术

汽车机器人柔性焊接工作站仿形工装技术

张宇

长城汽车股份有限公司技术中心河北省汽车工程技术研究中心保定071000

摘要：快捷的设计和加工制造，源于快节奏的思维变通和严苛的设计、加工依据；实践是检验真理的唯一标准，那么把思路带入到实践中去才会不断地丰富和完善理念，经过一些相关的尝试这种思路是可行的，然而是不是最好的还有待于后来人的不断探索和验证。

关键词：汽车机器人；柔性焊接；工作站；工装技术

1焊装生产线的作用及分类

装焊生产的主要任务就是完成车身(也称为白车身，Bodyinwhite)的制造，对于轿车来说，车身焊装线一般是由地板总成线、左右侧围总成线、CRP(仪表台横梁＋顶盖＋后行李仓托架)线和门盖总成线、车身装配调整线等组成。而各分总成又由很多合件、组件及零件(大多为冲压件)组成，当今由于汽车主机厂考虑到起初的开发投资、日后的生产物流、品质管理等因素，这些分总成线一般都建在主机厂附近的配套厂，采用即时直供方式为主机厂焊装线服务。

所谓专有化焊装线，也称之为单一化焊装生产线，就是该焊装线只能为单一车型提供生产，若再开发新车种生产时，就必须异地或迁移现有焊装线后重新建设焊装线，因此，厂房、设备及公用动力设施重复投资造成浪费，人员流动生产效率低。而柔性化焊装线，是指在相同的地方同一条生产线上可以同时满足多个车种的生产，其通用设备和公用动力设施一次性投入永久性享用，每次开发新车型时，只需增加部分专用设备；改造事先预置的通用设备；调试各种共用化程序。因此，避免了重复投资造成的浪费，而且缩短了技改时间，但起初的一次性投资相对会较大。

2柔性化焊装线

2.1夹具台车滑行系统

所谓夹具台车滑行系统，就是将不同车型的专用夹具设计于台车上，而台车又安装于类似火车轨道的呈“甲”字型排布、可产生强大电磁力的滑行底座上，夹具台车在滑行线上受到电磁引力作用后可选择性地循环高速滑行。另外，利用伺服马达驱动可旋转的夹具台车切换装置，实现不同车种的专用夹具台车进行空载，满载切换。专用夹具台车是依据现场的生产管理系统(G-MES)的指令车型结合设备PLC控制程序进行自动调用，夹具上钣金件的投料是由人工或机器人来完成；但焊接作业全部由机械手自动完成，拼接后分总成件再由机械手取料并送人下道工序。因此，这种柔性方式可实现为了满足不同消费者的多品种、高品质、低成本的车身焊接和装配要求。

2.2夹具台车储存及运行系统

所谓夹具台车储存及运行系统，首先要说明的是该系统是一个综合的运行系统，它由生产作业运行系统、夹具台车空中储存及选择切换系统、夹具台车升降转换系统等组成。其中，生产作业运行系统的功能是完成工艺规定的作业内容，其结构是：夹具台车设置在带有往复杆的“一”字型双轨道底座上，通过伺服马达驱动往复杆拖动夹具台车前进，到位后往复杆返回，如此循环往复。台车储存及切换系统的功能是将夹具按车种进行归类存放，然后再依据生产需要有选择性地调用出来，为了节省生产区域面积，该系统通常都设置在生产线的正上方的空中平台上，其结构是：在空中平台上按“四”字型设置带驱动电机的滚床，夹具台车在滚床上储存，在滚床的两端设有可横向移动的台车载运装置，实现台车的车型选择。

3机器人柔性焊接生产线技术

机器人柔性焊接生产线技术的应用比国外晚大概15年左右，但随着相关设计人员的不断探索并借鉴国内外的先进思路，国内的焊接技术得到了长足的进步和发展。对目前还处在制造大国的中国，偶尔国外的原装图纸也会给国内的业内人士带来思维的另一个契机。但是，由于原材料的不同和理解力的偏颇，偶尔也造成国外设计理念的水土不服：经过国外严苛校核计算的翻转机，在生产车间运转了几天就出现严重的变形。这种事件可被归结为加工制造的材料或者焊接质量的原因，没有完全读懂图纸往往也是其中的一项重要因素。但随着经验的丰富和无数次挫折的积累，国外的设计思路最终仍会变成经验的沉积，成为可以借鉴的设计典范。拿之前设计过的类似工装夹具设计的优点变为新设计方案的核心变得尤为突出，也使得设计周期大大缩短。

3.1机器人柔性焊接存在的问题

随着设计数量和经验的不断积累，机器人柔性焊接工装零部件也慢慢的形成了一定的标准，每家相关企业都慢慢建立了自己的设计库，形成自身独到的设计标准，在业内形成一定的影响力，使得焊接工装的设计时间大幅度缩短，市场竞争也变得尤为惨烈。怎样才能更加降低成本，使得设计周期大幅度缩短，适应更快、更精、更适用的生产理念仍然是精明的企业家追逐的方向和梦想。仿形工装技术的理念随着加工制造主机的精度和速度的提高慢慢进入企业家的视线。

3.2工装的仿形技术

什么是工装的仿形技术呢？首先，工件的空间多维的角度和多角度的定位基准孔使得设计工装时要不断考虑结构，尽量接近工件的空间角度，实现工件的自由度的完全控制并尽量避免过度定位；实现装夹和拆卸方便；为焊接作业让出相应的位置，使得机器人的焊接姿态更加合适，提高机器人工作状态的稳定性和一致性。仿形技术就是在工件三维数模上把需要躲避的焊接空间和定位基准都一次性叠加到工件本身，然后经过设计模具思路的拔模处理，生成相应的“模具”。而后，切除非精度要求区域和不必要的定位空间。形成相应位置的固定支架和安装仿形块体空间曲面。把满足加工切削量要求的块体安装在提前加工好的标准支撑件上，固定到标准的焊接平台或回转机构的主回转梁上。在数控龙门铣平台上定位夹紧，经过粗略加工和半精加工、精加工，一次性完成夹具的本体加工，另配以标准的压紧机构，大大缩短设计和加工周期。本加工流程的关键点在于提前制造一定规格相应高度的定位支撑标准件和标准底梁。使得工装的设计周期和加工速度实现质的飞跃，尽量回避设备夹具本身的调试工作。

4结论

随着机器人应用于汽车生产领域，人们对机器人焊接柔性生产线的设计在探索中不断的成长；并随着设计软件的多元化，工装夹具的设计速度越来越快捷。怎样使设计工作在快捷的基础上更加快捷，生产的效率得以提高，人们不断探索着各种思路。本文以上主要介绍一种新颖而又便捷的设计思路，希望对相关机器人焊接柔性生产线的设计人员有所帮助，从中有所借鉴，促进机器人焊接柔性生产线技术的不断进步。

参考文献：

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