曾科　周舟

【摘 要】本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)出水管的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行研究，結(jié)合焊裝生產(chǎn)線(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行優(yōu)化改造，將其從純手工進(jìn)行改進(jìn)為半自動(dòng)化過(guò)程，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率。

【關(guān)鍵詞】發(fā)動(dòng)機(jī)出水管；自動(dòng)化改造；柔性?shī)A具

0 引言

近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)和人員工資的提高，高自動(dòng)化、高柔性已經(jīng)成為了汽車(chē)制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向[1]。作為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱循環(huán)系統(tǒng)的重要一環(huán)，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)出水管的生產(chǎn)制造工藝也必須向自動(dòng)化方向加以改造，使生產(chǎn)企業(yè)達(dá)到降低成本和提高生產(chǎn)效率，以適應(yīng)我國(guó)現(xiàn)階段的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)需求。

本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)出水管的生產(chǎn)工藝和各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行研究，結(jié)合焊裝生產(chǎn)線(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行優(yōu)化改造，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率。

1 傳統(tǒng)生產(chǎn)情況

發(fā)動(dòng)機(jī)出水管的焊接是在母管組件上根據(jù)產(chǎn)品型號(hào)同時(shí)對(duì)4～6個(gè)彎管接頭組件進(jìn)行環(huán)形焊接。傳統(tǒng)生產(chǎn)線(xiàn)基本依賴(lài)人工操作，首先是主管上料和夾持過(guò)程，將主管放入夾具中夾持好，要求其和支管連接部位向內(nèi)放置，并且連接部位正對(duì)焊槍。接下來(lái)支管上料和夾持，將每一個(gè)支管分別放入主管上的孔中，調(diào)整好支管方向以使其向內(nèi)，然后使用夾具分別夾緊固定。接下來(lái)焊接過(guò)程，開(kāi)啟焊機(jī)，其根據(jù)固定設(shè)置程序焊接完成。最后取下焊件過(guò)程，也由人工操作，先將支管和主管夾具分別松開(kāi)，然后將焊好器件取出放置，再重復(fù)下一個(gè)焊件的上料和夾持過(guò)程，這就是一個(gè)傳統(tǒng)的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)出水管焊裝生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)過(guò)程。

很明顯，傳統(tǒng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)出水管焊裝生產(chǎn)線(xiàn)存在生產(chǎn)效率低下、生產(chǎn)安全的問(wèn)題：

首先，每一個(gè)人只能對(duì)應(yīng)一臺(tái)生產(chǎn)設(shè)備，效率極其低下，兼且在上料夾持和松開(kāi)夾具、取下焊件過(guò)程中，占有整個(gè)制造過(guò)程絕大部分時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)焊接機(jī)器人實(shí)際處于空閑狀態(tài)，而在焊接機(jī)器人焊接過(guò)程中，工人也處于空閑狀態(tài)，這造成了對(duì)設(shè)備和人力的極大浪費(fèi)。

其次，焊接常常伴隨有刺眼閃光、大強(qiáng)度輻射和有毒煙霧，對(duì)工人身體健康傷害很大，即使戴著護(hù)眼設(shè)備，也不能長(zhǎng)時(shí)間工作。焊接器件在焊接完成后溫度很高，但傳統(tǒng)焊接生產(chǎn)線(xiàn)需要人工松開(kāi)夾具、取下焊件，極易對(duì)人造成嚴(yán)重的燙傷。

2 改造方案

現(xiàn)根據(jù)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)出水管焊接工藝特點(diǎn)設(shè)計(jì)一套自動(dòng)上下料系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)出水管焊接的自動(dòng)上下料、彎曲支管接頭的自動(dòng)松開(kāi)和夾緊。工人只需在焊接前裝卡好主管和彎曲支管接頭，焊接后直接取出焊好的工件。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后一個(gè)工人可同時(shí)操作兩臺(tái)或三臺(tái)焊接設(shè)備，提高生產(chǎn)率。改造后系統(tǒng)主要分為柔性?shī)A具裝置、夾具運(yùn)送平臺(tái)、控制系統(tǒng)三部分。

2.1 柔性?shī)A具裝置[2]

柔性?shī)A具裝置是針對(duì)汽車(chē)出水管多點(diǎn)、多方向的機(jī)器人焊接進(jìn)行定位和固定的裝置，主體由方槽鋁型材設(shè)計(jì)，導(dǎo)軌托著滑塊以螺釘固定在上面。而滑塊則作為汽車(chē)出水管工件的載體在氣動(dòng)推桿的作用下進(jìn)行預(yù)定行程的動(dòng)作。

柔性?shī)A具由兩層機(jī)械構(gòu)件組成；底層為汽車(chē)出水管主管道的固定部件，它由一邊固定點(diǎn)和一邊活動(dòng)點(diǎn)構(gòu)成，活動(dòng)點(diǎn)的控制由可控制的氣動(dòng)推桿實(shí)現(xiàn)。頂層為出水管各方向輸水通道的定位和固定，它由氣動(dòng)手指機(jī)構(gòu)進(jìn)行緊固，在水平軌道上左右移動(dòng)可實(shí)現(xiàn)水平方向不同工位的水管輸出通道定位，方便機(jī)器人的焊接。

柔性?shī)A具裝置上下層的活動(dòng)部件均由在橫向和縱向水平鋪設(shè)成的導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)橫向和縱向方向上的任意點(diǎn)工位的固定。

柔性?shī)A具柔性的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示：

2.2 夾具運(yùn)送平臺(tái)

夾具運(yùn)送平臺(tái)就是針對(duì)汽車(chē)出水管零配件焊接夾具裝置而設(shè)計(jì)的，采用了擴(kuò)展性強(qiáng)的鋁型材作為結(jié)構(gòu)框架，可以對(duì)平臺(tái)進(jìn)行擴(kuò)展，使得焊機(jī)夾具運(yùn)送平臺(tái)數(shù)量與焊接時(shí)間、裝配時(shí)間三者得到很好配合，提高人工與機(jī)器的效率；并且該平臺(tái)有很好的兼容性，移動(dòng)方便，可以適用于不同大小、高低的工作臺(tái)；通過(guò)多個(gè)氣動(dòng)桿，對(duì)模具平臺(tái)進(jìn)行縱向、橫向移動(dòng)，做到了焊接的進(jìn)出料自動(dòng)化，雙方的等待時(shí)間都得到了利用，效率就得到了大大的提高。

夾具運(yùn)送平臺(tái)可根據(jù)不同焊臺(tái)高度、寬度進(jìn)行擴(kuò)展，采用了擴(kuò)展性強(qiáng)的材料，進(jìn)行結(jié)構(gòu)搭建，目前搭建的是單工位結(jié)構(gòu)，可以對(duì)單工位或者多工位操作平臺(tái)進(jìn)行擴(kuò)展，使得人工效率和焊接效率達(dá)到最優(yōu)效果，也可以滿(mǎn)足不同規(guī)格大小、角度的要求的出水管焊接工作臺(tái)。也可以根據(jù)需求改變相應(yīng)位置，例如裝配區(qū)與過(guò)渡區(qū)調(diào)換，也可以等待區(qū)與過(guò)渡區(qū)調(diào)換，可以有多種形式，多個(gè)等待區(qū)，多個(gè)裝配區(qū)，組成了一個(gè)柔性的出水管焊接操作平臺(tái)。夾具運(yùn)送平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖如圖2、3所示。

夾具運(yùn)送平臺(tái)分為裝配區(qū)、等待區(qū)、過(guò)渡區(qū)和焊接區(qū)；裝配區(qū)是用于工人對(duì)出水管零配件組裝固定的位置；焊接區(qū)域就是用在出水管焊接的區(qū)域；等待區(qū)是裝配好的出水管在此區(qū)域等待上一個(gè)出水管焊接的完成；過(guò)渡區(qū)是焊接好的出水管將裝配好的出水管推到此位置，然后再將裝配好的出水管送至焊接區(qū)的位置。例如工人在裝配區(qū)進(jìn)行出水管B零配件裝配工作，而此時(shí)焊接區(qū)域正在對(duì)出水管A進(jìn)行焊接，裝配固定好的出水管B用氣動(dòng)推桿通過(guò)軌道滑到等待區(qū)，等待焊接區(qū)出水管A出來(lái)，然后出水管A將出水管B推送到過(guò)渡區(qū)，而出水管A停留在等待區(qū)，再將出水管A用氣動(dòng)推桿送到裝配區(qū)進(jìn)行卸貨裝配，而過(guò)渡區(qū)的出水管B則通過(guò)直線(xiàn)模組送到焊接區(qū)進(jìn)行焊接，裝配區(qū)繼續(xù)進(jìn)行出水管C的裝配工作。

2.3 控制系統(tǒng)[3]

控制系統(tǒng)作為整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的頭腦，其主要分為PLC部分、輸入傳感器部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。其結(jié)構(gòu)圖如圖4：

PLC部分采用西門(mén)子s7-200PLC CPU模塊作為控制核心，配以I/O模塊，實(shí)現(xiàn)夾具平臺(tái)各個(gè)位置的傳感器信號(hào)和直線(xiàn)模組的編碼器信號(hào)的采集和處理；PLC程序根據(jù)采集到的傳感器數(shù)據(jù)控制氣閥組的動(dòng)作輸出和直線(xiàn)模組的步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)輸出，以及焊機(jī)的運(yùn)行控制。輸入傳感器部分主要由起定位作用的霍爾開(kāi)關(guān)、保護(hù)作用的限位開(kāi)關(guān)和直線(xiàn)模組行程檢測(cè)的編碼器組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分主要有開(kāi)關(guān)氣閥組、氣缸直線(xiàn)模組和6管圓弧焊機(jī)，動(dòng)作狀態(tài)由PLC控制。

3 結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)出水管生產(chǎn)相比，自動(dòng)化改造后裝配工作和6管焊機(jī)同時(shí)焊接極大的提高了發(fā)動(dòng)機(jī)出水管的生產(chǎn)效率，工人遠(yuǎn)離焊接過(guò)程產(chǎn)生的輻射和有毒氣體，并且根據(jù)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)出水管特點(diǎn)設(shè)計(jì)的焊裝夾具和針對(duì)不同焊接過(guò)程輸出不同的合適電壓電流對(duì)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)出水管合格率有著相當(dāng)大的提高。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王德平.淺談我國(guó)先進(jìn)汽車(chē)制造技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)[J].科技資訊，2009，17：8+10.

[2]廖志環(huán).白車(chē)身試制柔性焊裝線(xiàn)及夾具設(shè)計(jì)研究[D].湖南大學(xué)，2010.

[3]王金濤.基于PLC控制的環(huán)形焊縫自動(dòng)焊接系統(tǒng)[D].山東大學(xué)，2013.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]