广州松兴电气股份有限公司510760
摘要:汽车白车身螺母凸焊技术是汽车零部件制造过程中重要的一环,如何实现多钟不规则工件的螺母凸焊对于汽车生产中十分重要。螺母凸焊技术是汽车白车身制造过程中一项关键制造工艺,采用凸焊工艺焊接螺母可以准确定位螺母焊接位置、提升焊接质量,相对二氧化碳气体保护焊更能减少有害气体对人的伤害。传统的螺母凸焊焊接工艺均是由手工放置螺母,这样不仅会导致生产过程中的效率低下,更严重的是手工放置易产生安全事故,而且如果是有多款工件多个位置需要凸焊生产,人工操作也会存在着漏焊或者错焊的风险。为此多种不规则工件的凸焊工艺就显得尤其重要。兼容式螺母凸焊设备能够改善对工人的操作技术要求,减少车间粉尘、焊接飞溅对操作人员健康的危害,同时也能把生产效率大大地提高。
关键词:设备兼容设计思想;机械制造;凸焊应用;
1.问题提出
图1产品示意图
如图所示,需要凸焊的产品件共有9款(产品均为热成型,板厚1.0mm~2.0mm±0.07mm;工件长度为755mm~1436mm),涉及凸焊的螺
母种类有7款,9款产品共需要凸焊34个螺母。其中以产品31322334为例,该产品需要焊接的螺母种类有3款,共6个位置。产品螺母凸焊位置示意图如图2所示。
图2产品螺母凸焊位置示意图
若由人工操作,由于涉及到的螺母品种有3种,若要同时凸焊,则需要在3台凸焊机上分别凸焊。操作人员需要带着产品在3台不同的焊机之间来回走动以实现工艺要求,而且还需要避免出现螺母焊错位置,漏焊螺母,及焊错螺母等情况,工作效率低,而且人工操作精度低,产品质量得不到保证。而当产品的种类增多后,由人工操作来实现多产品的凸焊,生产效率,产品质量会直线下降,得不到保证。故需要有对应的设备方案来解决同类型的问题。
2.方案设计
改变原有凸焊工艺思路,设计着重于提高螺母凸焊过程的自动化程度。方案总体框架见图3,设计以机器人抓取工件取代原先的手工搬运方式,凸焊螺母震动盘经过震动后达到分拣的目的,排列整齐后由小机器人抓取并传送到凸焊机的螺母送料位置,产品由机器人通过产品夹爪搬运到对应的凸焊位置进行凸焊。工作站中采用3台凸焊机,保证能同时焊接三种不同规格螺母。采用PLC可编控制器将机器人、机械抓手、自动送料装置有序结合起来。
图3总体框架示意图
设计完成后产品工序数为1道,操作人员仅需1人(负责上下料),以产品31322334为例,若由人工操作,按照每个焊点操作为5s,搬运及移动为10s计算,每个工件需要接近120s的时间。而采用此方案,产品节拍用时为72s,每款产品每班班产可达到170件。此方案不但提高了生产效率,而且降低了产品出错率,节省了人力成本。
3.工作原理
3.1产品输送
产品通过人工放置到上料输送线上进行输送,输送过程中无须定位,只要把产品放在输送平台上即可。产品在上料输送线的带动下往工作站内部输送,上料输送线末端有对射感应器,用于感应产品在席。当产品输送到抓取位置,对射感应器感应到产品后,则上料输送线停止动作。凸焊站整体布局见图4。
图4凸焊站整体布局
3.2产品定位及抓取
产品输送到位,由上料输送线正上方的3D摄像机进行拍照,对产品的位置进行定位,定位信息由系统PLC传送到机器人上,机器人根据3D摄像机提供的位置,对产品进行抓取。产品抓手接收到3D摄像机的位置信号后,通过电磁铁先把产品吸取到空中,再伸出定位销,定位完成后再把产品夹紧,只有在产品被抓手抓牢的情况下,才能保证焊接过程稳定进行。产品抓取方式见图5
图5产品抓取方式示意
3.3产品凸焊流程
产品抓手抓取产品后,便把产品移动到相应的位置进行凸焊。以产品31322334为例,该产品共需要凸焊3款螺母,共6个。其中螺母30622657需要焊接3个,在焊机1进行焊接;螺母30624315需要焊接2个,在焊机2进行焊接;螺母30746813需要焊接1个,在焊机3进行焊接。为了节省节拍,每台焊机焊接一个螺母后,便移动到下一台焊机进行焊接,这样可以节省焊机上螺母的节拍,从而整体的节拍也明显的下降。焊接完成后,产品由机器人搬运到下料输送线上,产品到位后,产品夹爪松开夹紧,电磁铁退磁,机器人回原点,产品由下料输送线输送到人工下料位置,再由人工进行码垛。
3.4螺母送料方式
螺母按照对应的位置,放置到震动盘内,由震动盘输出螺母,再由抓螺母机构把螺母送到焊接位置,从而实现螺母凸焊功能。
3.5注意事项
3.5.1凸焊站内的定位销,需要采用氮化硅材质。由于需要凸焊的螺母均有凸环,焊接过程中,需要先预压并通电加热凸环,加热时间为800ms,螺母凸环融化的温度为1400°,若采用KCF材料的定位销,熔点温度为1000~1500°。由于螺母凸环的通电加热时间长,两者熔点温度接近,会把KCF的绝缘层也融化了,绝缘层融化会导致螺母凸焊后,定位销与螺母粘在一起,定位销退不出螺母位置,影响焊接质量。故在这种情况下,定位销的材料需要采用氮化硅材质,氮化硅的特点为高温难溶化合物,无熔点,抗高温蠕变能力强,使用这种材质的定位销,便很好的解决螺母凸环加热后出现的螺母与定位销的粘销问题。
3.5.2焊机需要具备螺母防反防错机构。由于产品生产过程中,几乎所有动作流程都为设备操作,故为了避免操作人员调取的程序出现问题,导致凸焊输送的螺母种类有误,需要在焊机上加上螺母防反防错机构。螺母防反防错机构如图6所示。
图6
螺母防反防错机构
机构由气缸,位移传感器,定位销,及相关连接件组成。原理:每款螺母,放置到指定的定位销上,焊接时加压机构下压,螺母会被加压机构往下压,此时便会出现对应的位移量,位移传感器记录好对应的位移量,并把公差范围设置在一定的范围内(0.5mm~1mm)。故若定位销上放错了螺母,焊机加压机构下压后,定位销被下压的位移量就会发生变化,超过了该款螺母对应的位移值,系统就会报警,焊机不焊接。通过位移传感器来检测此变化,以实现螺母防反防错功能。螺母防反防错机构原理如图7所示。操作人员在每次更换电极后以及切换产品后,都需要由人工把产品放到焊接位置上,并把螺母放置到定位销上,手动操作焊机加压机构下压,标定此时螺母防反防错机构出现的定位销位移值。通过这样的方式,便能避免产品凸焊过程中出现的螺母放错或者放反的问题。
图7螺母防反防错机构原理
3.5.3产品由产品抓手抓取焊接,由于产品抓手抓取产品时,没有浮动量,故需要在产品抓手及机器人第六轴之间加上浮动接头,浮动头为XYZ三轴任意可调,来实现凸焊过程中出现的位置偏移,避免出现焊接打火,产品与下电极之间间隙太大导致炸点等焊接不良的情况。
结束语
本设计通过采用机械手,上下料输送线,产品抓手等机构相结合,实现了产品的输送和定位抓取及凸焊。配合螺母振动盘和送料机构及机械手完成整个焊接过程。由于人工操作的程度较低,大大减轻了工人的劳动强度,提高了劳动生产率和产品质量的可靠性及稳定性。通过两年多的实际运行,证明该方案完全满足了设计和生产要求,取得了良好的经济效益。多产品凸焊焊接工艺的创新设计,焊接工艺中的运用提供了坚实的理论基础和实践经验,必将对我国轿车工业的发展起到积极的推动作用。
参考文献
[1]左安邦,杨伟国,郭锦华.螺母自动化凸焊专机的研制[J].科技创新与应用,2019,(07):35-37.
[2]王睿,刘锋,王剑峰,高忠林.模块化柔性机器人自动化防错凸焊系统[J].仪表技术与传感器,2020,(10):58-62.
[3]黄金湘.大型复杂工件焊接的自动化解决方案[J].金属铸锻焊技术.2010,(13).069.