焊装调整线（精选7篇）
焊装调整线 篇1
1 焊装调整线存在的问题
操作者在焊装调整线上对驾驶室白车身总成进行的补焊、打磨、修磨和装调等, 对驾驶室白车身总成质量具有举足轻重的作用。集瑞联合重工有限公司的焊装调整线由于工位较多、白车身尺寸较大, 因此选择了滑橇输送式的线体结构 (图1) 。该焊装调整线主要由滑橇、驱动滚床 (又称辊床) 和电气控制系统 (主要由PLC组成) 等部分组成。
载货汽车驾驶室白车身总成的高度尺寸 (图2) 远大于轿车白车身总成的高度尺寸, 因此在焊装调整线两侧配备了高度为80~100 cm的踏台, 目的是方便操作者对卡车白车身腰线以上部分进行相应操作。从实际使用情况看, 这种踏台虽然能够为操作者在车身X向和Z向 (图3) 的操作提供很大的便利, 但由于卡车白车身宽度尺寸较大, Y向操作仍存在操作盲区, 相应钣金缺陷无法处理, 如果勉强操作则存在安全隐患 (图4) 。
2 改进措施
为解决上述问题, 在现有操作台的基础上增加了伸缩式踏台工装 (图5) , 并需保证伸缩式踏台和白车身滑橇各自运行的安全性。
2.1 伸缩式踏台的驱动方式
目前常用的驱动方式有电动、液压传动和气动。前两种驱动方式需要较大的空间, 气动驱动方式需要的空间相对较小, 且所需气源是焊装调整线原来就具备的条件, 因此伸缩式踏台采用气动驱动方式。
2.2 伸缩式踏台操作安全性的保证
焊装调整线滑橇式输送结构通过PLC技术根据编辑信号控制滑橇在滚床上的前进和停止等动作, 伸缩式踏台也采用PLC技术控制踏台的伸出和缩回。滑橇式输送结构和伸缩式踏台都采用PLC控制技术可以使两者的信号进行互锁编辑, 从而保证滚床和滑橇在运动时, 伸缩式踏台无法工作, 反之亦然, 确保了操作的安全性。
2.3 伸缩式踏台的安装
伸缩式踏台的滚轮和导轨使用螺栓连接 (图6) , 通过对螺栓 (图7) 的上、下调节可以对滚轮和导轨进行上、下调节, 从而保证踏台滚轮和导轨之间充分配合, 也避免了由于地面的开裂或沉降等因素对伸缩式踏台运行的影响。图8是员工利用伸缩式踏台进行操作的情形。
摘要：为解决焊装调整线存在的操作盲区和安全隐患等问题, 提出了在焊装调整线操作台基础上增加伸缩式踏台的措施。实际使用结果表明, 伸缩式踏台拓展了车身Y向的操作空间, 可以保证有关人员无障碍和安全地操作, 同时有效提高了白车身总成的整体质量。
关键词：焊装调整线,操作台,伸缩式踏台,白车身
参考文献
[1]陈绪江方平.焊装线在汽车车身生产中的应用研究[J].汽车工艺与材料, 2003, (7) :35-36.
焊装线合理化设计探讨 篇2
焊装线的结构
目前使用的焊装线主要是由输送部分、工装夹具、焊接设备及其他辅助设备等部分组成, 主要结构形式有:交叉臂步进式、摆臂步进式、滑橇输送式和台车式等。
1. 交叉臂步进式焊装输送线
调频电动机通过齿轮齿条将动力传递给往复杆, 实现工件的水平输送。而工件的上下运动则由双作用气缸推动楔铁平移实现交叉臂机构的升降运动来完成, 因此, 输送线的重复精度主要取决于楔铁的精度, 但是, 由于楔铁需要承受较大的摩擦, 必须定期更换;同时, 往复杆的升降运动靠气缸作用于楔铁运动副实现, 其冲击力和噪声较大。
2. 摆臂步进式焊装线
工件的水平输送是通过调频电动机驱动齿轮齿条做往复运行实现的, 顶升、落下装置采用电动机带动曲柄旋转180°, 从而实现输送线本体顶升、落下。其运行过程与交叉臂步进式相同, 只是驱动力由气缸驱动楔铁改为电动机驱动曲柄, 同时辅以气缸支撑, 这样既保证了线体上下运动的平稳性, 又消除了交叉臂步进式焊装输送线升降时带来的噪声。这种形式的焊装线结构简单合理、稳定性好、辅助时间较短、重复定位精度较高, 基本满足点、弧焊机器人的使用条件, 适用于生产能力为5～10万辆/年的生产线。
目前, 国内很多汽车厂采用该形式的焊装线, 如东风天龙白车身总焊线、地板线;哈飞中意微面的左右侧围总成、白车身总焊线;哈飞路宝、柳微的S P A R K白车身总焊线等。
3. 滑橇输送焊装线
该焊装线通过采用往复杆或辊床输送滑橇来实现工件水平输送, 可分为两种形式:往复杆输送滑橇式和辊床输送滑橇式。工件上、下运动一般由固定工位的气动或液压顶升装置实现, 工件的下线靠电动葫芦或自行电葫芦完成。滑橇上装有定位装置, 重复定位精较高, 一般为±0.3m m, 基本满足点、弧焊机器人的使用条件。
该工艺布置灵活性较高, 可在任意工位通过设置90°～180°旋转机构进行分支, 容易实现柔性化改造和产能提升改造, 另外, 对厂房的长度限制不如先前两种线体要求严格。
目前, 此类输送线在国内的轿车厂应用较多, 如神龙公司的206车型的地板线、侧围线、车门线、白车身总焊线;东风本田C R V、思域车型地板线、总焊线等。
4. 台车式焊装线
该线水平输送工件是通过电动机驱动台车在钢轨上运行或人工推动台车在轨道中运行, 工件或台车顶升、落下采用气缸顶升装置实现。这种焊装线可分为整轨式和分轨式两种, 主要优点是:结构简单可靠、工装设备投资较少、占厂房面积小;但输送线节奏较慢、重复输送精度较低、很难满足点、弧焊机器人的基本应用要求。
焊装线的选择
对于焊装线结构形式的选择, 首先必须考虑产品的寿命周期、档次、年生产能力及投资规模等, 其次结合本单位的现有硬件条件 (如厂房、布局等) , 最后要考虑现有的工艺水平和目前国内或本地区的加工能力等, 对诸多因素进行综合比较来选择。
选择何种形式的焊装线须根据具体的设计条件、产品质量要求、产品结构和工艺来确定。
选择焊装线时主要考虑以下几方面因素:
(1) 生产纲领和产品结构的复杂性。
(2) 产品性质和工艺水平。
(3) 投资规模、车间面积、工装设备的维修保养技术水平。
在这些众多影响因素下, 其中生产纲领和产品性质起决定性作用。
焊装夹具的选择
对于白车身而言, 其总焊线的装焊工艺主要由预装配、点定、补焊三部分组成, 其中点定工序最为关键。焊装生产线中的总焊夹具决定了白车身的质量、生产线的柔性度及生产节拍等。
目前, 国内所采用的总焊夹具主要有以下三种形式:
1.平移式夹具
如图1所示, 其动作顺序为:输送线将预装白车身送入总焊工位定位夹紧点定, 输送线抬起, 将点定成形的车身水平送入后续的工序补焊。此类夹具定位精度和可靠性高, 可适用于单排、双排、卧铺车的宽窄、高低系列的大批量混流生产、柔性度高。
2.铰链翻转式夹具
如图2所示, 此类夹具和平移式夹具的工作原理类似, 惟一的区别是左右侧围总成的定位组件的打开方式不同:平移式夹具沿垂直于线体输送方向水平移动, 而铰链翻转式夹具则是绕铰链轴旋转打开, 这样便于线体输送、装配及定位夹紧。
3.立柱式夹具
此类夹具结构简单、成本低、维修方便、操作时接近性好, 但其定位精度较低, 不适用于自动化程度较高的大批量生产和采用焊接机器人的生产线。
提高焊装线柔性度的有效途径
目前, 国内企业中, 同一焊装线上只能进行同类型或相似类型的车身焊接, 即在基础车型上实现宽窄、长短、高低变换的各车型共线生产, 因此, 提高焊装线的柔性化生产能力, 是提高企业市场竞争力的重要途径, 可以从以下几方面进行考虑:
(1) 传输装置中的托架采用柔性化设计, 可随时根据生产的车型或者即将转型的车型对托架进行调整。
(2) 夹具结构的柔性设计。可将不同车型的定位夹紧部件置于同一夹具中, 通过电气控制来实现不同车型的柔性生产。
(3) 柔性焊装线的总装夹具通常采用图1平移式夹具, 不同的是左、右侧围定位组件是四面体定轴360°旋转, 每一面夹具通过定轴连杆机构旋转最少可变换两种车型, 这样总装夹具可实现对八个车型的焊接。
提高焊装线柔性度的途径有自身因素的制约, 也有外在因素的制约, 只有把现代焊接技术有机地结合起来, 才能达到预期的目的。
结语
通过不断地引进和吸收先进制造技术, 我国的焊装生产线设计、制造水平不断提高, 在车身焊装工艺方面形成了汽车制造企业各自的技术特色, 但白车身的焊装工艺是一个系统工程, 特别是标准化和模块化设计方面还需要我们业界同仁付出更多的努力, 以促进我国汽车焊装技术的发展和进步。
提高焊装线生产效率的研究应用 篇3
整个白车身焊接生产的过程大致如下:运输→定位并夹紧→焊接→松开夹具→输送。在上述生产过程中,焊接过程大致如下:多台机器人从各自的作业原点出发,对装夹在夹具上的零件进行点焊。在完成一个焊点的焊接后快速移动至下一点继续作业,在完成所有的焊接任务后回到作业原点。
机器人的位置固定,在点焊作业时,采用机器人持焊钳进行焊接,工件静止不动的方式;在物流系统方面,采用机械传动的刚性物流线,各工位的零件同步移动,无交叉和回流,无人工干预。
应用焊接机器人只需预先编制好适应不同车型生产所需的若干套不同的运动与焊接程序,机器人将根据生产线的工作指令,自动调用相应的工作程序即能自动适应生产线上车型的复杂变化,对于焊装线上高频次、多种类车型的混流生产,也能应付自如。绝不会因为多种车型混线生产而产生错焊、漏焊以及误调整或不调整焊接规范等经常出现的车体焊接质量事故,生产线运转速度也丝毫不会降低。焊接机器人的广泛应用,将为汽车制造实现柔性自动化生产带来了前所未有的生机
2、公司现状介绍
公司装焊车间某系列驾驶室焊装生产线,混线生产半高顶和高顶两种车型,生产线采用机器人焊接和手工焊接相结合的生产方式,生产线在九、十工位采用机器人点焊,该两个工位承担着该条生产线约3/4数量焊点的焊接,分别采用ABB和KUKA机器人焊接,最初生产节拍设定在6min,自投产以来生产节拍一直处于不稳定状态,因车型不同会出现超出生产节拍的情况。因提升产能,生产任务剧增,必须将生产节拍必须保证在6min以内。
根据目前的现状来看,由于是混线生产半高顶和高顶两种车型,手工焊接工位可以通过增加人员和提高工人工作效率的方式来满足6min的生产节拍,而机器人焊接是固定的程序控制,焊接顺序和时间一经设定是固定不变的。
3、分析应用
经过对生产过程实际测试对比发现以下几个问题:a.生产半高顶车型和高顶车型生产节拍差距较明显;b.不同车型时机器人的工作时间也有明显差异;c.手工焊接工位往往比机器人焊接工位生产节拍快;d.ABB机器人和KUKA机器人焊接效率也有区别。由此可以看出,机器人焊接工位是目前的瓶颈,因此要想加快生产节拍,必须减少机器人工位的生产时间,减少生产时间有两种手段:
合理分配多台机器人之间的焊接任务,尽可能使他们之间的任务量彼此平衡。
合理规划各机器人的焊接作业顺序,缩短工作时间。
从测试的情况来看,可以从以下几个方面进行平衡和优化:a.重新分配焊点,提高两种车型的焊点分配的合理性;b.适当增加工人的工作量;c.根据车型不同优化机器人的焊接路径,提高焊接顺序的合理性。以下是工艺优化的具体过程,1.将所有车型:后围总成和地板总成连接处的部分焊点由原来的机器人焊接移到手工焊接工位,将顶盖总成和侧围总成后部的焊点移到手工焊接工位,将发动机罩总成和前围总成的全部焊点移到手工焊接工位;2.半高顶车型时前围总成和侧围总成连接处全部由九工位ABB机器人焊接,高顶车型时,连接处上部由九工位ABB机器人焊接,下部由十工位KUKA机器人焊接;3.分别调整半高顶和高顶车型的机器人焊接程序,合理调用程序:4.优化机器人焊接路径,减少干涉等待时间和多余无效动作;5.平衡十工位KUKA机器人和九工位ABB机器人以及手工焊接工位的焊接时间。
4、实例对比
从对比结果来看,优化后的工艺不但将生产节拍控制在了6min以内,而且不同车型生产时,该生产线的生产节拍差距也不是很大。
5、结论
从以上的研究表明,通过合理分配生产线上机器人焊接工位和人工焊接工位的任务量,使其尽量平衡,并且合理规划各机器人的焊接作业顺序,就能够起到缩短工位工作时间,提高生产节拍的作用。
参考文献
[1]刘金汉,车身焊装生产线上多台工业机器人应用技术的研究.机器人,2002年,第1期.
[2]邱季,李丽芹.机器人在车身焊接中的应用.第14届汽车车身论文集.2010年
[3]罗生斌.白车身焊接机器人焊接路径规划及其仿真.[硕士学位论文].上海.同济大学.2006年
[4]李东勃.焊接机器在汽车工业内的应用及其发展趋势.埃森焊接展览会论文集.北京.2002:26-33
D310驾驶室焊装线工艺设计 篇4
1 D310驾驶室焊接工艺设计依据
1.1 产品资料
研发中心提供全套D310驾驶室白车身产品三维数学模型, 提供全套D310驾驶室白车身产品二维图纸, 提供D310驾驶室白车身零部件树状结构图。
1.2 商品企划和制造部门提供的资料
商品企划部门提供中期 (5～10年) 驾驶室及相关车型的年生产台数, 制造部门提供新增内、外制件清单。
1.3 可供布局的生产阵地
在驾六车间预留的27 m、24 m 2个跨厂房内布置D310驾驶室白车身焊接生产阵地。收集预留阵地原有厂房相关资料, 并将此资料作为本次工厂设计依据之一。
1.4 公用动力资料
收集驾六车间预留27 m、24 m 2个跨厂房的公用动力资料, 并将此资料作为本次工厂设计依据之一。
2 D310驾驶室产品焊接工艺性
2.1 产品描述
D310驾驶室分为标准型、加长型和高顶双卧车型三大系列车型, 产品描述如下。
(1) D310驾驶室外形图详见图1～图3。
(2) D310驾驶室外形尺寸及特征见表1。
2.2 产品焊接工艺性优化
为了满足D310标准型、加长型、高顶双卧型驾驶室产品要求, 降低制造成本, 提高产品质量, 制造部门对D310驾驶室产品焊接工艺性进行了深入的分析与优化。
(1) 高顶双卧驾驶室产品分块
我厂已有的EQ4160W系列和EQ4190W系列高顶双卧驾驶室都采用整体顶盖装配方式, 见图4。日产柴汽车公司也提供了整体顶盖设计方案, 即左/右侧顶盖板, 前、中、后顶盖板与顶盖梁在分装工位合焊后形成顶盖总成, 然后将顶盖总成搬运到总装线上装焊形成驾驶室总成, 见图5。
该设计方案不能满足产品造型的要求, 也不能满足高顶双卧驾驶室大批量、高精度装焊的产量与质量要求, 所以工艺设计难度非常大。法国雷诺汽车公司4万辆Midlum驾驶室产品采用了顶盖分块上线设计方案, 焊装线采用了高精度滑撬输送方式、柔性夹具及机器人自动装配焊接技术, 资金投入很大。而我们只能用少量资金生产出造型美观的新型驾驶室, 因此在借鉴法国雷诺汽车驾驶室顶盖分块形式基础上, 提出了人工与自动装配焊接相结合的设计方案, 并对高顶双卧驾驶室顶盖分块形式、搭接方式、定位方式进行了优化, 提高了高顶双卧驾驶室装配焊接工艺性, 具体优化方案如下。
a.高顶双卧车型驾驶室总成分为地板总成、左/右侧围总成、前围总成、后围总成、前顶盖总成、中顶盖总成、后顶盖总成和左/右车门总成。分块图见图6。
b.高顶双卧侧顶装焊在左/右侧围总成上, 取消了侧顶盖与侧围连接处的流水槽, 采用整体搭接边形式, 满足了产品造型美观的要求, 见图7。
c.高顶双卧后顶盖总成与后围总成连接处 (见图8) 保留了流水槽搭接边形式, 不影响外观, 方便了装配与焊接, 减低了夹具的复杂程度, 减少了投资。
d.高顶双卧前/后顶盖总成分别在分装形成分总成后搬运到线上装焊, 然后再装焊中顶盖总成, 见图9。
(2) 平顶驾驶室产品分块
标准型、加长型驾驶室总成分为地板、左/右侧围、前围、后围、中顶盖、左/右车门总成。标准型、加长型驾驶室产品分块图见图10、图11。
(3) 高顶双卧中顶盖装配定位方式的优化
高顶双卧中顶盖总成采用螺栓定位方式, 在产品设计阶段提出并确认各顶盖梁、中顶盖总成工艺定位孔, 简化了夹具, 方便了装配, 降低了制造成本。详见图12。
(4) 产品工艺定位基准的确定
车身定位基准选择原则:定位基准需从驾驶室总成、各分总成开始细分到零件, 要做到协调统一。D310驾驶室定位基准选择也遵循了这一原则, 较好地解决了产品定位基准统一问题。首先, 由焊接工艺人员提出产品定位基准孔位和形状面, 冲压工艺人员进行确认;然后, 将产品定位基准标注在产品图上, 所有内、外制件厂家都按产品图进行模具、夹具、检具等工装设计, 以保证定位基准可靠。以前围部分零件为例说明定位基准确认情况, 其余零件定位基准确认方法与之相同。D310白车身前围定位基准孔坐标位置见表1。
(5) 其他产品焊接工艺性优化内容
通过对地板产品工艺定位孔的早期提出与确认, 解决了地板制造基准统一问题;通过对地板梁、鼓包、卧铺板等零件定位孔的修改, 减少冲压件偏差对焊接装配精度的影响, 尤其是对焊装线的影响;通过调整地板侧边梁与前围下边板装配顺序, 降低了地板总成制造难度。
3 D310驾驶室焊装线工艺设计
3.1 基本工艺技术要求
根据D310驾驶室焊接工艺设计依据要求, 焊装线生产品种为标准型、加长型和高顶双卧车型三大系列车型驾驶室, 年生产纲领为6万辆/年, 生产节拍为3.6 min/台, 班次为两班制, 每班工作时间为8 h, 年工作天数为251天。
3.2 焊装线工艺设计
焊装线由地板线和总装线构成, 其中地板线有6个工位, 总装线有11个工位, 工位间距5 m, 总长度92 m。地板总成焊完后, 通过空中自行葫芦线吊运到总装线一工位, 驾驶室焊完后通过空中另一条自行葫芦线吊运到调整线。
(1) 地板线工艺设计
a.地板线介绍
地板线装件数量15个, 标准型焊点数492个, 高顶双卧型焊点数508个, 其中标准型、高顶双卧型机器人焊点数分别为210个、222个。标准型、高顶双卧型焊接自动化率分别为42%、43%。
地板线设备含1条升降式托杆往复传输线、7套夹具、4台点焊机器人、悬挂点焊机16台, 鼓包上线用悬臂式气动平衡吊1套, 前围上线用轨道式气动平衡吊1套, 地板下线自行葫芦线1条、氩弧焊机2台及其他焊装线配套设施。地板线传输为升降式托杆往复传输, 往复杆行走轨迹为上升、传送、下降、返回, 每个动作都能实现慢-快-慢, 停位准确。往复杆输送线单个循环时间小于20 s, 往复送件的重复到位精度为±1 mm, 往复杆输送升降行程900 mm, 驾驶室0Z线距地面700 mm。
b.地板线工艺内容
地板线一工位:
左/右侧横梁总成、左/右纵梁总成、后上横梁总成、后下横梁总成、左/右地板总成、中地板总成装焊, 本工序共点焊30点。
地板线二工位:
前围总成、卧铺板装焊, 本工序共点焊66点。
地板线三工位:
机器人点焊, 本工序机器人共点焊105点。
地板线四工位:
机器人点焊, 本工序机器人共点焊104点。
地板线五工位:
侧边板总成、后竖板总成装焊, 本工序共点焊94点。
地板线六工位:
人工点焊、地板总成吊运, 本工序共点焊10点。
c.地板线工艺平面布置
D310地板线工艺平面布置见图13。
(2) 总装线工艺设计
a.总装线介绍
总装线装件数量10个, 标准型焊点数448个, 高顶双卧型焊点数587个, 其中标准型机器人焊点数202个, 高顶双卧型机器人焊点数317个。
总装线设备含1条升降式托杆往复传输线、11套夹具、6台点焊机器人、悬挂点焊机19台, 左/右侧围总成输送装置2套、标准型顶盖总成1套、高顶双卧前后顶盖总成上线输送装置1套、高顶双卧中顶盖总成上线输送装置1套、鼓包上线用悬臂式气动平衡吊1套、前围上线用轨道式气动平衡吊1套、氩弧焊机2台、左/右车门总成装配用悬臂式气动平衡吊2套、总装下线自行葫芦线1条及其他焊装线配套设施。总装线传输方式同地板线。
b.总装线工艺内容
总装一工位:
地板总成自动输送线将地板总成自动放置到一工位夹具上。
总装二工位:
左/右侧围总成、后围总成装焊, 本工序共点焊30点。
总装三工位:
人工点焊工位, 本工序共点焊81点。
总装四工位:
中顶盖总成 (标准车型与加长车型) 、前/后顶盖总成 (高顶车型) 装焊。标准车型本工序共点焊13点, 高顶车型本工序共点焊29点。
总装五工位:
机器人点焊, 本工序共点焊标准车型94点、加长车型100点、高顶车型110点。
总装六工位:
人工装配中顶盖总成 (高顶车型专用工位) , 本工序共点焊36点。
总装七工位:
机器人点焊。本工序共点焊105点。
总装八工位:
机器人点焊工位。本工序共点焊109点。
总装九工位:
人工点焊工位。
总装十工位:
后围与侧围连接部包边及人工弧焊。
总装十一工位:
左/右车门总成装配。
c.总装线工艺平面布置
D310总装线工艺平面布置图见图14。
(3) 高顶双卧驾驶室装焊工艺
本次焊接工艺设计从产品角度将D310高顶双卧驾驶室顶盖分为前、中、后、顶盖三块, 在高顶双卧各分块顶盖上追加工艺定位孔, 实施高顶双卧驾驶室顶盖分块上线方案, 机器人使用10台, 投资减少, 收效大大增加。该高顶双卧顶盖分块上线方案在国内车身装焊中首次提出并成功应用。现针对总装线各工位工艺内容, 重点分析高顶双卧驾驶室装焊工艺难点及解决措施如下。
a.总装线一工位工艺
地板总成自动输送线将地板总成自动放置到一工位夹具上。
b.总装线二工位工艺
左/右侧围总成及后围总成装焊。
难点分析:高顶双卧驾驶室左/右侧围总成装配, 侧围总成质量为31 kg, 外形尺寸为2 230mm×300 mm×2 550 mm, 人工搬运装配困难, 易变形。如采用KUKA线侧围上线装配方式, 侧围总成采取立式装配, 需跨过总装夹具高度3 300 m m, 上线装置升降行程至少3 000 mm, 零件自身高度2 600 mm, 前三者合计高度8 900 mm, 超过了厂房8.3 m的高度, 现有厂房高度不够, 侧围总成需平放吊运, 然后让夹具翻转才可以节省空间, 实现左/右侧围总成输送装配。
解决措施:工艺采用了左/右侧围总成自动输送、定位及焊接方案, 解决了以上难点, 保证了装焊精度和生产节拍。总装夹具采用翻转加平移结构方式与分装输送方式结合, 方便了高顶双卧侧围总成装配。侧围夹具翻转驱动为电动驱动方式, 同时要加装平衡助力系统, 水平驱动同样采用电动驱动方式。侧围夹具整体翻转90°, 并向驾驶室内侧平移500 mm。侧围夹具翻转采用电机驱动并加装采用气压平衡助力系统, 水平驱动也采用电机驱动方式, 夹具运行平稳, 定位精度高。人工无法进入侧围与地板区域焊点采用自动焊机焊接, 其余为人工焊接, 具体实现过程如下。
人工用气动平衡吊将左/右侧围总成吊运至预装夹具上, 预装夹具自动运行到待装工位, 左/右侧围总成上线装置自动将左/右侧围总成吊运至二工位夹具上。吊具松开侧围后返回→夹具夹紧侧围→夹具旋转→夹具前进→夹紧工件→夹紧后收到进入信号→人工进入装配后围→装完后发完工信号→夹具自动夹紧后围→人工点焊和自动点焊→焊完后发完工信号→工件松开→侧围夹具返回→侧围夹具旋转→待下一次装件。总装线二工位夹具结构及工件输送方案见图15。
c.总装线三工位工艺
人工点焊工位。左/右侧围总成与地板各19点, 后围总成与地板31点, 左/右侧围成与后围各6点 (3.5Z至7Z) , 本工位共点焊81点。
d.总装线四工位工艺
前/后顶盖总成 (高顶车型) 装焊。
难点分析:解决高顶双卧前/后顶盖总成同时上线装焊问题, 前/后顶盖总成外形尺寸2 230mm×300 mm×2 550 mm, 前/后顶盖总成下落到侧围与后围上装配其定位困难, 到位精度又不能降低。前顶盖零件存在负角, 零件下落装配定位困难。若采用KUKA线侧围上线装配方式, 投资较大。工艺需采取措施, 保证精度, 保证节拍。前顶盖总成局部剖面图见图16。
解决措施:设置预装夹具, 将前/后顶盖准确定位, 并在焊接夹具和上线装置上增加导向定位, 提高前/后顶盖总成到位精度。
前顶盖板零件形状存在负角, 装配定位时前横梁夹具上定位部件先处于低位, 从两侧旋转到位, 再向上升起定位前横梁及顶盖板。
为此在顶盖加强梁上增加工艺定位孔, 夹具上配置了定位销和定位面, 使分装与总装夹具定位基准得到统一, 提高了高顶双卧顶盖的装焊制造精度。两侧夹具的平移采用电动驱动方式, 夹具运行平稳。
工艺还采取高顶双卧前/后顶盖与标准中顶盖总成混流上线装配的设计方案, 节省了工位, 降低了制造成本。具体实现过程如下。
顶盖总成吊具吊运工件运行至等待位置, 往复杆将驾驶室输送到四工位, 夹具将驾驶室夹紧, 顶盖总成吊具吊运工件向内水平运行至驾驶室正上方, 同时左、右侧夹具向内平移到位, 左/右侧围总成上部夹紧器自动夹紧工件, 夹具向吊具发下降信号, 吊具吊运顶盖总成下降, 同时操作者进入操作区, 操作者将工件扶到正确的装配位置上, 顶盖总成下降到位后, 操作者按完工按钮, 吊具夹紧器松开、上升、返回到预装工位。
四工位夹具顶盖前横梁定位部件旋转到位, 顶盖前横梁定位部件自动上升, 操作者确认顶盖前横梁定位部件上升到位且定位可靠后, 就近按完工按钮, 顶盖前横梁定位销锁紧工件, 左/右侧围总成上部夹紧器也同时自动夹紧工件, 然后前顶盖定位块自动压紧工件, 操作者进行人工点焊。
操作者进入工位两侧侧围的工作区, 手动将左/右侧顶盖、后顶盖定位销插入工件, 操作者确认顶盖可靠定位后就近按完工按钮, 后顶盖夹紧器夹紧工件, 操作者进行人工点焊, 人工点焊完毕后, 夹具夹紧松开、旋转、平移机构复位。标准型顶盖上线装焊过程基本与高顶双卧车型相同, 见图17。
e.总装线五工位工艺
机器人点焊。
难点分析:由于产品结构特殊, 焊点分布面较大, 人工无法完成本工位焊点, 采用机器人焊接, 焊钳接近性差, 焊钳臂深长度大于1 000 mm, 焊钳规格特别大, 而驾驶室可利用空间显得较小, 两个机器人不能同时焊接, 焊点数多达110点, 生产节拍很难保证, 又不能增加工位数。
解决措施:工艺采取高顶双卧前/后顶盖与标准型中顶盖总成机器人混流焊接的设计方案。焊钳臂深长度达1 000 mm以上, 焊钳操作需相互避让, 两个机器人采取分时焊接, 机器人负荷较满, 焊接时间3.6 min/台。总装线五工位机器人焊接见图18、图19。
f.总装线六工位工艺
人工装配中顶盖总成 (高顶车型专用工位) 。
难点分析:本工位中顶盖总成装焊定位困难。
解决措施:在高顶双卧前顶盖、后顶盖、中顶盖总成上追加工艺定位孔, 采用螺栓定位, 简化了夹具, 方便了装配, 降低了制造成本, 产品追加的定位见图12。
高顶双卧中顶盖总成上线采取高顶自动输送装置输送加人工预装方案, 提高了装配到位精度, 具体实现过程如下。
人工将中顶盖总成放置到线旁的中顶盖总成预装夹具上, 进行准确定位, 工人退至安全区域。中顶盖总成输送装置上的定位夹具自动下降并抓取工件, 输送装置上升→将工件输送到线上→自动下降到位→自动松开工件→工件落到驾驶室上→输送装置自动上升→自动返回原位。人工进入驾驶室内装配M8螺母2个, 人工装配M8螺栓6个。见图20、图21。
g.总装线七、八工位工艺
机器人点焊工位。
难点分析:焊接高顶双卧中顶盖总成与前/后顶盖、左/右侧顶盖搭接焊点焊接困难, 采取焊钳跨过门洞与后围焊接, 选择焊钳的尺寸非常大, 机器人负荷较重, 稳定性差, 焊点质量和精度难以保证。
解决措施:将七、八工位机器人斜对角布置2台高位和2台低位机器人, 实现分工位同时焊接上述焊点, 采取高顶双卧中顶盖总成机器人天窗点焊方案 (见图22) , 焊钳尺寸小, 机器人不需等待, 保证了节拍。
h.总装线九工位工艺
人工点焊工位:左/右侧围总成门洞处各20点 (200Z以下) , 左/右侧围总成与前围挡板各11点 (-100Z～400Z) , 左/右侧围总成与前围上盖板各5点 (400Z～600Z) 。本工序共点焊62点。
i.总装线十工位工艺
后围与侧围连接部包边及人工弧焊:人工包边左/右侧围总成与后围搭接边, 氩弧焊侧顶盖与前支柱搭接焊缝。
j.总装线十一工位工艺
左/右车门总成车门装配。
4 焊装线夹具设计要求
焊装线夹具是保证驾驶室精度的重要工装。考虑到焊装线供应商不会对分装及总装定位基准统一问题作周全考虑, 因此工艺部门提供了详细的定位夹紧点布置图, 由焊接线供应商按照这些定位夹紧点进行夹具设计制造, 可保证同一零件在几套夹具上焊接时, 尽可能用同一定位基准进行定位, 使总装线、地板线夹具与分装夹具定位基准得到统一, 确保焊装线夹具设计满足工艺要求。实践证明, 向供应商提出夹具的定位夹紧点布置和结构越准确越详细, 其夹具定位方可保证驾驶室的制造精度。
在焊装线设计会签和预验收时, 按工艺提供的夹具定位夹紧点布置图展开夹具的设计和验收, 逐台夹具、逐个定位部件、逐道工序均进行严格检查。经过焊装线的调试, 17套夹具全部验收合格, 能满足工艺和产品要求。
D310驾驶室焊装线夹具设计工艺资料包括D310系列驾驶室焊装线技术协议规格书、地板梁总成焊点布置图、地板总成焊点布置图、驾驶室总成焊点布置图、地板线定位夹紧点布置图、总装线定位夹紧点布置图、夹具配置汇总表。焊装线主要工位夹具定位夹紧点布置图及焊点布置图见图23～图26。
5 结束语
D310驾驶室焊装线项目采用了先进的工艺布置、制造技术及生产设备, 焊装线自动化、柔性化水平有了显著提高。D310驾驶室焊装线是由南非柯马公司负责设计制造, 引进了意大利的点焊机器人、德国的往复杆输送线、南非的夹具与自动焊机、瑞士的包边钳等国外优良装备。特别是突破了高顶双卧驾驶室工艺设计难点, 高顶双卧顶盖分块上线方案在国内车身装焊中首次提出并获得成功应用, 使本次焊装线工艺设计更趋先进合理, 高顶双卧驾驶室装焊水平有了很大提高, 在国内属于领先水平。
车架厂贮气筒焊装线研究与改善 篇5
车架厂贮气筒焊装线位于中冲车间,是一条自主设计的生产线,主要承担车用贮气筒筒壁与端盖的焊装任务,焊装线总面积为12×46平方米,其中东西纵向为46米,南北横向为12米。焊装线右上端为大型空压机,右下端为4个相同的零件箱,用于放置未焊装螺母的端盖。零件箱左侧是端盖螺母焊装区域,共有设备七台。工作区域左侧为成品存放区,螺母存放区以及宣传栏和目视管理板。主工作区有设备18台,其中卷筒机1台,点焊机2台,直缝焊机3台,螺母焊机3台,环焊机3台,补焊平台3个,气检设备3台。有传送带20条。
贮气筒焊装线是由三条工艺相同的流水作业线共同组成。贮气筒线的三条流水作业线中,下图1所示最上面一条线焊装EQ140型贮气筒,下面两条线焊装EQ145/47型贮气筒。每条贮气筒焊装线有工位7个。具体工位内容如下:
工位1:卷筒、电焊; 工位2:直缝焊工位;
工位3:螺母焊工位; 工位4:装端盖工位;
工位7:敲渣、装箱工位;
各工位的排布及作业流程如图1所示。
目前该焊装线主要存在的问题是:(1)员工作业充实度不高,有大量的空闲等待闲置时间。(2)生产线效率低。随着企业的不断壮大及管理的规范化,产品市场不断扩大和生产率低下的矛盾日益突出。因此需要运用工业工程方法和技术对贮气筒焊装线进行改善。
1 工作研究
对于焊装线存在的员工作业充实度不高、生产线效率低下的一个主要改善着眼点是:彻底的排除生产中的各种浪费。而减少消除生产现场浪费的主要IE手段和工具就是工作研究。
“工作研究”是工业工程最重要的基础技术。它是以生产系统的微观基础———作业系统为研究对象,通过对作业系统进行观察、记录分析,对生产系统的每个组成部分进行研究与诊断分析,不断寻求最经济、最省力、最有效的工作方法,以达到最有效地利用人力、设备、材料等资源,使效益和效率达到最佳的结合。它是一种不需要投资或少投资就能增加现有资源产出率的一种技术与管理相结合的一门科学方法。因此,发达国家将工作研究作为提高生产率的主要手段之一。
2 贮气筒焊装线运用工作研究改善步骤和方法
利用工作研究对贮气筒焊装线进行改善,首先是要对现状进行把握和诊断,然后发现问题,对车架厂贮气筒焊装线来讲,首先利用时间测定技术测定每个员工的工作时间安排,找出人员配备不合理和瓶颈之处,加以改善。具体步骤:
第一步:测定各工位工作节拍(为简化说明,以测5次进行说明)。
其余各工位测定的时间节拍如下:螺母焊工位节拍平均值90.94"、装端盖工位节拍平均值78.90"、环焊工位节拍平均值79.48"、气检工位节拍平均值110"、敲渣、装箱工位节拍平均值153.6"。
第二步:绘制作业充实度柱状图(纵坐标单位:秒)。
第三步:利用工作研究对贮气筒焊装线归纳不良问题。
第四步:综合分析并总结。
根据以上的工作研究分析和浪费归纳,可以看出,在现场存在着很多不良和浪费。对这些浪费进行归纳可得到表1。从表1对浪费的分类可以看出现场的浪费主要是等待的浪费、动作的浪费、生产不良品和设备的老化,这4类问题在现场所有的不良中占了绝大部分。问题的关键就是解决这4类浪费。
对于直缝焊和螺母焊,设备自动焊接的时间比较长,这段时间作业员基本是在等待状态,而焊接完成以后,作业员还要花上一定的时间来检查焊接是否合格,有没有出现漏焊或焊穿的情况。根据现场了解,这种漏焊和焊穿出现不良品的几率很低,那么可以做出改善,作业员完成焊接后不需要立刻检查,而是先把下一工件放在焊接台上进行自动焊接,在自动焊接的等待时间里去检查上一工件是否焊接合格。因为出现不合格品出现的几率比较小,不存在过多不合格品二次上焊接台的情况,改善有效。
对于装端盖和环焊,两名作业员在作业过程中可以改原来的单独作业为协同作业,在设备自动环焊的过程中,环焊作业员要回身去协助装端盖的作业员完成工作,而对于装端盖的作业员,应该在他旁边专门给他做一个小型的货品架,一旦环焊环节出现不良品耽误时间时,装端盖作业员不应该停下来等待,而是将装好的贮气筒放在小型的货架上,继续装下个工件。变单独作业为协同作业,这样可以减少等待,改善有效。
另外经过动作分析后发现现场动作浪费也比较多,如:卷筒时作业员手扶着钢片进入卷筒设备,造成动作浪费;再如:卷筒不良,造成钢片卷成筒以后,接缝处错位,点焊作业员要进行手动矫正,造成动作浪费。装端盖时作业员需要远距离搬运端盖,造成动作浪费等等。
对于动作浪费采取的改善方法如下:(1)如果该动作浪费是由于动作不合理造成的,可采用动素分析法和动作经济性原则进行分析改善,找到经济合理的工作方式和动作方式,并进行标准化。制定标准作业指导书。(2)如果该动作浪费是由于设施布局不合理造成的,造成多余的步行。可从设施布局入手,对设施布局优化,进行改善。
在贮气筒焊装中,存在的另一种主要浪费为:生产不良品的浪费。如:(1)冲压车间在钢板运冲压过程中没有做到轻拿轻放,造成筒体表面划伤。(2)直缝焊操作不当,造成筒本体焊穿。(3)冲压车间工作不到位,螺母空有毛刺,造成螺母焊不能准确定位。(4)环焊操作不当,造成筒本体焊穿。(5)各工位没有专门敲焊渣工具,工人随意用铁棒敲渣,造成筒本体划伤。(6)传送带内掉落的焊渣未及时清理,造成筒本体划伤。
消除不良品浪费,要根据浪费的不同情况制定相应的措施。如:属于上工序出现的问题造成产品质量不合格,焊装线需要做到不接受不合格品。产生不合格是冲压车间的问题,但是放过不合格品就是焊装线的问题。如果冲压车间运送的钢板中有划伤或螺母空有毛刺的情况,本部门就不应该接受,而是应该把不良品的内容迅速反馈到前工序,并让该工序回报处理方法和对策,实施后要确认结果。焊装线作为冲压车间的后工序要经常留意查看从冲压车间运过来的钢板质量,在出现不良品的时候要向冲压车间进行通报,在通常情况下也要向后工序的油漆线通报,这样保持前后工序连接,是实现质量的最基本的一个方法。
在焊装线,现场中影响质量的几大问题分别是,敲渣工具不合格,传送带没有及时清理,焊接本体时出现焊穿事故等等。对这些问题的具体应对策略如下:对敲渣工具,制作专门的敲渣工具,不划伤本体方法很简单,原来敲渣工具是有角或者带有焊渣的不光滑表面,只要把敲渣工具改造成圆弧形,并保持弧面清洁,就不会出现划伤本体的情况。传送带的清理问题,属于现场管理中5S范畴,应加强现场5S管理。严格检查现场生产中整理、整顿、清扫、清洁、素养的执行和贯彻。而对于本体焊穿,是由于作业员操作不当,没有将本体准确定位所致,要求作业员在焊接操作时严格执行标准作业同样可以解决。
现场生产中最后一个主要浪费是是设备故障、老化造成的浪费。
对这类浪费采取的主要应对策略是在企业全面推行操作员的自主保全工程(TPM),弄清设备的薄弱环节后,进行改良维修,以此来从根本上延长使用寿命,并保证设备运行正常。
设备保全的核心是维护和管理好设备。保全的的目的就是维持设备最佳状态,以在任何时候都能根据需要发挥其全部的功能。但是这种保全是要求在尽量小的费用下进行。设备的保全的内容归纳应该为:(1)正确的操作,细心的使用。遵守规定操作顺序,不过度使用。(2)清扫干净。设备上经常会有尘土、灰尘、污垢。通过清扫可以发现破损、劣化等平时不太注意的不良问题。(3)加强维护保养,正确的加油润滑。设备有问题要及时维护。
3 结论
工作研究在企业提高工作效率方面具有很大的优势,如投入小,见效快,经过一段时间的项目实施,贮气筒焊装线得到了一定的改善,全员劳动生产率提高了18%,产品质量问题下降了20%,各项评价指标得到了较好的提升。这种改善手法对企业有一定的借鉴意义。
参考文献
[1]范中志,张树武,孙义敏.基础工业工程[M].北京:机械工业出版社,1994:53-55,213-220.
[2]张浩.生产管理学[M].北京:冶金工业出版社,1992:45-46.
机器人在车身焊装线上的应用 篇6
机器人在焊装柔性化生产线中的应用模式
按照机器人系统在汽车焊接的夹具布局的不同特点及外围设施的不同配置, 我工厂机器人系统可分为八种形式。
1. 夹具台车滑行系统+焊接机器人
如图1所示, 两套夹具台车放置在滑行轨道上, 由磁电驱动使装有工件的夹具台车进入焊接等待区等待, 在机器人焊接完成后由台车旋转交换位置, 焊接等待区夹具台车进入焊接区焊接, 焊接区夹具台车进入焊接完成区, 由焊接完成区抓件搬运机器人下料转序, 空台车进入上料区由操作人员继续上料装件, 两个工作站交叉进行, 使机器人焊接时间与工件上、下料时间同步, 这种方式可以节约操作时间。双夹具滑轨形式的焊接机器人系统利用滑轨持续为焊接机器人送料, 生产速度较快, 可靠性较高。
2. 打胶装置+搬运机器人
如图2所示, 该结构形式简单, 打胶装置胶枪位置固定不变, 搬运机器人通过轨道来回移动抓取货架区货架中不同车种部品以及旋转部品位置, 来实现打胶装置对多车种部品的打胶。系统故障率低, 机器人打胶、搬运为一体, 因而机器人的利用效率高, 所以在新的生产线上应用比较广。
3. 组装夹具+搬运机器人
如图3所示, 该形式由组装夹具和搬运机器人组成, 按照组装顺序, 不同的搬运机器人在组装夹具上对多车种部品进行组装, 达到柔性化生产模式。搬运机器人抓取部品, 等待区侧围外板与部品等待区侧围外加强板移动到部品组装区夹具上进行简单地组装, 组装后, 部品组装区处搬运机器人对其进行搬运移动, 行进到下道工序部品组装区继续人工组装。此类机器人实现了搬运、组装为一体, 机器人的利用率较高, 目前广泛使用在柔性化生产线中。
4. 搬运机器人+固定焊机
如图4所示, 此类组成方式是由搬运机器人与固定焊机组合而成, 类似于打胶装置+搬运机器人方式。它们之间的配合所体现的主要优点是能适应各种位置的焊接。搬运机器人采用多车种共用夹紧夹具, 可夹紧搬运七种车型部品, 最大限度地提高了机器人的利用率。主要应用于门盖线、侧围线。
5. 包边压力机+搬运机器人
如图5所示, 该技术在门盖线运用较广泛。在实际使用中, 减少了搬入搬出装置, 全部利用机器人抓取, 通过轨道机器人进行移动, 实现了在不同压力机之间的工作, 上料处机器人抓取包边前部品到压力机处包边, 下料处机器人取出包边完成的部品, 这种方式在提高了生产效率的同时, 也提高了机器人的利用率和人员的安全性。
6. 搬运小车+搬运机器人
如图6所示, 该系统由搬运机器人与平台上部的搬运小车组成, 可以方便地实施多种车型的搬运。尤其针对生产车型不同的情况, 可以共线生产, 以提高机器人的利用率。因为此系统是线与线间的部品移送, 在生产UPH (Unit Per Hour, 每单位小时) 提高的情况下该系统对平台上方空间资源占用大, 目前二工厂焊装大部分搬运设备都采用此方式。上料区搬运机器人搬运侧围总成到包边区进行轮罩包边, 包边后下料区机器人抓取直接放入存储区搬运小车中移动到主合成工位。
7. 搬运、焊接一体机器人
如图7所示, 该系统由搬运夹具与焊钳为一体, 同一个机器人既可以实施焊接也可以对部品进行搬运移送, 提高了机器人的利用率。目前我公司一、二工厂局部位置使用此类型的机器人, 解决了部品的装配, 也完成了焊接, 提高了机器人的利用率和生产自动化率。
8. 机器人焊接柔性生产线
机器人焊接自动线是汽车制造焊接的主要发展方向。该形式由多台焊接机器人系统和往复运输机组成, 由以上所提到的多台机器人以及在线检测机器人, 多种工作方式的机器人之间的配合来完成一个产品的焊接加工。由于每道工序所焊的焊点数较平均, 所以对整个生产线机器人可充分利用。解决了由于人为原因造成焊接不良问题的发生。且每台机器人可设定多种焊接程序, 车身通过台车车种切换装置被安置在共线台车夹具上, 由机器人对车身进行合成、补焊, 完成对不同车种的焊接达到柔性化的生产目的。
结语
随着汽车市场激烈的竞争, 车型更新换代节奏日益加快, 为此, 柔性化共线生产的方式成为了汽车行业的首选。机器人在柔性化生产线中的应用模式各种各样, 新技术的投入方式以及机器人的应用模式也在持续改进中。
焊装线中机器人资源的有效规划 篇7
1.1 要充分了解焊装线的整体工艺规划与布局要求
工艺布局中生产线工位间距对工位机器人数量、布置有一定影响。生产线是否允许挖地坑、空中二层平台高度对机器人布置也会有影响。
1.2 明确焊装线的生产纲领
详细了解主机厂的年生产有效天数、生产班次、设备开动率等数据进行年生产纲领的计算。
1.3 焊装线各工位的生产工艺
这里不仅要了解机器人工位的工艺, 对人工工位也应了解清楚, 还有生产线的自动化传输形式均应深入了解。
1.4 详细分析生产线的生产节拍
关键是分析清楚去除生产线传输、工位夹具定位夹紧等辅助时间后留给机器人的有效焊接时间。节拍分析时还应考虑车型切换时间、机器人焊钳修磨、更换电极等相关因素。
1.5 焊装线所有车型的产品数模和焊点数据
目前的焊装规划验证均建立在三维数据的基础上, 准确详实的产品和焊点数据对优化机器人布局、数量非常重要。
2 焊装线机器人相关资源的有效规划流程与方法
焊装线机器人相关资源的有效规划主要依据是焊装线整体工艺规划布局, 具体操作时主要围绕着产品分配和焊点的工艺规划进行。
2.1 产品的工艺分配准则
白车身总成产品是经过各个分总成分工位逐次地焊接到一起的, 各个总成的匹配关系在车身产品设计时已经定型, 改动余地不大, 但分多少工位上线焊接是工艺规划决定的。工艺规划人员在进行线体规划时原则上要参考车身产品工艺分块。通常, 白车身结构会分为五大部分 (图1) , 因此焊装线会分成车身下部线、左右侧围线、主焊线、顶盖线、门盖线等部分。
每条焊装线对应的产品总成又细分成几个分总成, 通常来说, 焊点的焊接工艺决定了产品的上件顺序。在焊点不相互遮盖的情况下, 多个分总成集中在一个工位装配焊接容易保证产品的位置精度, 减少产品工位传递重新定位带来的误差, 调试产品焊接质量时更容易调节和保障。当然, 实际情况中也要考虑产品装配越多需点定的焊点数量越多, 上件操作是否便利, 焊接空间是否充足, 机器人焊接是否有干涉等待, 节拍是否满足等具体情况, 综合权衡后做出合理的优化方案。
2.2 焊点的工艺分配准则
2.2.1 主拼工位焊点规划
主要是确定将几大总成拼焊成形所需的定位焊点数量。通常, 主拼工位点定点要涵盖X、Y、Z三个方向的焊点, 焊点应均匀分布于搭接区间内, 以保证车身总成的焊接强度及整体刚性, 满足工位传输时几何精度不发生变形为焊点规划的主要考虑目标。具体分配时, 可类比同类或相近车型的焊点数量与布局。
2.2.2 补焊工位焊点规划
补焊点总数= (有效焊接时间/补焊1点平均时间3 s) ×工位机器人数量4×补焊工位数量。这里初步按1个工位配置4个机器人考虑为粗估数量。
2.2.3 机器人工位其他焊点分配原则
首先, 白车身总成产品工艺设计时要求焊接质量较高的焊点要尽量分配到机器人工位, 机器人焊接参数调整好后焊点质量会比较稳定, 不受人为因素干扰。其次, 人工工位焊接比较困难的焊点尽可能分配到机器人工位。比如, 焊点距离产品边缘较远致使焊钳很大很重, 人工操作焊钳比较困难, 焊点在狭小空间里人工焊接容易磕碰产品, 人工焊接位置较高或较低的焊点时操作者的焊接姿态不符合人机工程会对操作者造成伤害, 这样的焊点要尽量分配给机器人焊接。
2.3 机器人工艺规划准则
2.3.1 主拼工位机器人规划
主要是根据主拼工位拼焊几大总成需要点定的焊点数量来配置机器人。具体可按照以下公式估算:主拼工位单个机器人可焊接的焊点数量=有效焊接时间/点定1点平均时间4 s;主拼工位机器人总数=主拼工位点定点总数/单个机器人可焊接的焊点数量。实际项目中, 还要根据主拼夹具形式、焊点分布范围、焊点所用焊钳形式、机器人与夹具或机器人之间干涉等因素综合考虑机器人的布局, 一般主拼工位机器人数量可达6�14个。
2.3.2 补焊工位机器人规划
补焊工位机器人数量可按以下公式估算:工位单个机器人可补焊的焊点数量=有效焊接时间/补焊1点平均时间3 s;单个工位机器人总数=单个补焊工位补焊点总数/工位单个机器人可补焊的焊点数量。通常, 1个补焊工位机器人数量为4�6个。机器人的数量不是越多越好, 机器人分布密集会因干涉等待而降低机器人利用率。一般来讲, 工位间距在6 m的焊装线, 单个工位布置6个机器人是可行的, 小于6 m间距的工位一般以布置4个机器人为宜 (图2) 。此外, 还要考虑到焊钳是否需要切换, 焊点分配是否能让机器人尽量减少干涉等待时间, 机器人周边的空间是否能够安放电极修磨器、焊钳快换支架等设备资源。
2.4 机器人优化准则
2.4.1 机器人焊点分配的优化
为单个机器人分配焊接的焊点时要满足焊点区域尽量集中, 这样机器人焊接过程中姿态变化少, 连续移动焊接效率更高。
工位机器人的焊接区域尽量前后分开, 这样可避免机器人焊接过程中相互干涉, 减少无效等待时间。
2.4.2 机器人规格数量的优化
尽量减少焊装线上的机器人种类, 这样可减少主机厂的机器人备件数量与品种, 降低维护成本。一般原则是将焊接机器人统一成200 kg负载的机器人, 搬运机器人规格也尽量统一。
2.4.3 机器人路径姿态优化
a.优化机器人的原点位置、近车点位置和焊接路径顺序可提高焊接效率, 缩短节拍。
b.机器人焊接路径中不要包含奇异点。机器人各轴不要过于接近极限值, 要留有余量。
c.机器人路径优化中要充分考虑管线包等辅材对焊接过程的影响。
d.机器人焊钳修磨器和焊钳支架的放置位置选择应满足机器人可快速进行焊钳修磨和焊钳切换, 路径最优, 时间最短。
e.路径姿态优化目标是满足节拍。机器人路径节拍里应包括焊接工艺时间 (平均1 s) 。
f.有换枪的机器人要考虑换枪时间、换枪盘选择是否与机器人负载匹配。
g.焊接路径尽量减少干涉区, 以减少对节拍的影响。
2.4.4 机器人焊钳的优化选择与验证
a.根据焊点分布的区域来确定哪些焊点适合一种焊钳焊接, 把这把焊钳分配给一个位置合适的机器人。
b.利用参数化焊钳验证所分配的焊点需要的焊钳的初步尺寸和形式。
c.到焊钳库中调取筛选出的合格焊钳进行模拟仿真验证, 确认焊钳喉深、喉宽等关键尺寸。
d.统计好焊钳所焊接的焊点的特性值, 包括焊接产品的层数、产品料厚、产品材料, 计算焊接所需的压力、电流等参数统一反馈给焊钳厂家进行焊钳造型设计、强度计算。
e.用焊钳厂家设计的焊钳再次进行模拟仿真验证, 直至满足要求。
f.焊钳等外部负载要满足机器人额定值 (包括负载质量、转动惯量) 。
g.机器人的焊钳分别选择完成后要整体评估一下焊钳的种类, 将尺寸类型相近的焊钳尽可能地合并成一种类型以减少焊钳种类。
h.尽量从焊装车间现有的焊钳品种中选择, 以减少焊钳备件数量。
3 案例分析
以每小时生产60辆份的节拍为例:生产1台车需要60 s的时间, 考虑到设备的使用率85%�90%, 实际生产节拍为60 s×85%=51 s。
以一个手工上件4个零件 (1个中型件、3个小件) 、机器人焊接的工位进行工艺优化方案分析为例。初始方案如图3。
3.1 工艺顺序
上中型件A→上小件B→上小件C→上小件D, 夹具夹紧, 机器人1焊接, 夹具夹头打开, 机器人2下件。
3.2 节拍分析
a.人工上中型件A 5.94 s。
b.人工上小件B 3.78 s、手动夹紧1次1.6 s, 合计5.38 s。
c.人工上小件C 3.78 s、手动夹紧1次1.6 s, 合计5.38 s。
d.人工上小件D 3.78 s、手动夹紧1次1.6 s, 合计5.38 s。
e.夹具夹紧1.5 s。
f.机器人1焊接点定9点36 s (通常1个小件至少要焊接3点, 优先焊接Z向点, 兼顾X、Y向点, 每个点定点焊接节拍4 s) 。
g.夹具打开1.5 s。
h.机器人2下件8 s。
总节拍合计69.08 s, 超出了规划的51 s节拍。
3.3 优化过程分析
整个时序可分为三大部分:人工上件夹紧25.08s、焊接36 s、下件8 s。这里, 人工上件时间优化空间不大, 还需在焊接时间上进行优化。
方案1:让机器人2也带一把焊钳进行焊接。可以让机器人1焊接5点, 花费20 s;机器人2焊接4点 (花费16 s) 同时负责搬运下件, 这样机器人2的总节拍是24 s。最终工位总节拍:25.08 s上件夹紧及打开+20 s焊接+8 s下件=53.08 s, 虽然接近节拍目标但仍需优化, 如果在人工上件过程中将小件与夹具近距离摆放, 可节约3 s上件时间, 这个方案还是可行的。工艺布置见优化方案1 (图4) 。
方案2:将上件和机器人焊接分拆成2个工位。利用一个转台上放置两台相同夹具的模式, 夹具回转时间5 s, 这样人工上件工位的节拍变成:5.94 s上中件+5.38×3 s上3个小件并夹紧+1.5 s整体夹紧+5 s夹具回转=28.58 s。这个操作者仍有剩余时间, 可兼顾相邻工位的其余工作。
机器人焊接工位的节拍:5 s回转夹具+36 s焊接+1.5 s夹具打开+8 s抓具下件=50.5 s, 同时可以考虑将下件抓具和焊钳集成在一起, 节约一台机器人。这样, 最后优化方案为1个回转台带2台夹具、1台机器人带焊钳和抓具。工艺布置见优化方案2 (图5) 。
以上案例表明, 焊装线上机器人资源的规划与产品工艺、焊接点工艺分配、节拍、成本等因素息息相关。实际生产中, 一定要将机器人资源的规划纳入到焊装整体工艺规划当中, 利用模拟仿真等技术手段进行详细验证, 才能使工艺方案不断优化, 规划质量得到保障。
摘要：目前, 机器人已取代人工成为自动化焊装线上的主要焊接设备。随着国内汽车产能的不断增高, 高纲领、高节拍的自动化焊装线需求强劲。有效规划焊装线上的机器人布局和数量可充分提高机器人利用率、降低生产线成本、保证焊接质量。本文将就焊装线中机器人资源的规划流程与方法进行深入分析。