□ 楊勁松

寧波普瑞均勝汽車電子有限公司 浙江寧波 315201

1 設(shè)計(jì)背景

家用寶馬轎車的尾氣裝飾管如圖1所示,由一個(gè)電鍍后的圓形金屬外管和四個(gè)均勻分布的條形卡簧組成。生產(chǎn)尾氣裝飾管的汽車零部件公司需要將四個(gè)條形卡簧通過點(diǎn)焊的方式和外管裝配在一起,如圖2所示。汽車主機(jī)廠依靠這四個(gè)條形卡簧的彈力將尾氣裝飾管固定在尾氣系統(tǒng)的尾管上。轎車裝配完成后,可以在尾部看到外露的尾氣裝飾管。

▲圖1 尾氣裝飾管

外管和四個(gè)條形卡簧的點(diǎn)焊裝配是產(chǎn)品由汽車零部件公司發(fā)往主機(jī)廠前的最后一道加工工序[1-3]。對(duì)于這道加工工序,多數(shù)公司采用傳統(tǒng)點(diǎn)焊機(jī),依靠人工逐個(gè)安裝條形卡簧,將工件旋轉(zhuǎn)三次,腳踏開關(guān)四次,共進(jìn)行四次點(diǎn)焊,進(jìn)而完成四個(gè)條形卡簧的裝配焊接。這一方法生產(chǎn)效率低,并且經(jīng)常出現(xiàn)漏裝現(xiàn)象,而且員工勞動(dòng)強(qiáng)度大,用腳踏開關(guān)容易造成安全事故。對(duì)此,筆者設(shè)計(jì)了專用的汽車尾氣裝飾管焊接設(shè)備。

▲圖2 條形卡簧與外管裝配

2 配置方案

汽車尾氣裝飾管焊接設(shè)備采用兩工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的配置方案[4-6],如圖3所示。兩工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上有兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的夾具,分別安裝于焊接工位及裝卸工位,起到焊接工位和裝卸工位相互獨(dú)立、人機(jī)交互的作用。與此同時(shí),裝卸和焊接時(shí)間重合,可以在縮短節(jié)拍時(shí)間的同時(shí)避免安全問題的發(fā)生。

▲圖3 汽車尾氣裝飾管焊接設(shè)備配置方案

3 夾具結(jié)構(gòu)

夾具由定位塊、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)分度機(jī)構(gòu)[7]、夾具自動(dòng)上下讓位機(jī)構(gòu)組成,如圖4所示。

▲圖4 夾具結(jié)構(gòu)

定位塊是一個(gè)中空的套筒形圓柱體,用于安裝、定位被加工的四個(gè)條形卡簧和外管。定位塊上設(shè)計(jì)了仿形定位槽,用于安裝和定位條形卡簧,方便操作人員安裝,并能防止錯(cuò)裝。定位塊的仿形定位槽中鑲嵌有強(qiáng)力磁鐵,用于吸附卡簧。同時(shí)安裝了用于探測(cè)防止漏裝條形卡簧及外管的傳感器,一旦條形卡簧或外管漏裝,則設(shè)備不啟動(dòng)并報(bào)警,提示員工重新安裝。夾具的中空結(jié)構(gòu)是為在焊接工位加工時(shí)避讓點(diǎn)焊頭下電極而設(shè)計(jì)的。定位塊的一端和旋轉(zhuǎn)分度機(jī)構(gòu)裝配在一起。

夾具上設(shè)計(jì)安裝了由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),通過兩個(gè)錐齒輪傳動(dòng)的旋轉(zhuǎn)分度機(jī)構(gòu)。這一機(jī)構(gòu)可以精準(zhǔn)完成定位塊軸向的三次分度旋轉(zhuǎn),從而實(shí)現(xiàn)四個(gè)不同條形卡簧在焊接工位的自動(dòng)加工。

在焊接過程中,點(diǎn)焊機(jī)的上電極在氣缸的驅(qū)動(dòng)下上下運(yùn)動(dòng),完成點(diǎn)焊,下電極則固定不動(dòng)。焊完一個(gè)點(diǎn)后,工件旋轉(zhuǎn),此時(shí)工件必須和下電極脫離。為此,設(shè)計(jì)了夾具自動(dòng)上下讓位機(jī)構(gòu)設(shè)。設(shè)計(jì)中,在夾具的四個(gè)導(dǎo)柱上增加四個(gè)彈簧,使工件隨夾具一起上下移動(dòng)。借助點(diǎn)焊機(jī)上電極向下運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力,實(shí)現(xiàn)工件與定位塊旋轉(zhuǎn)時(shí)工件中心上升,使工件焊接面和下電極脫離。反之,焊接時(shí)工件焊接面和下電極接觸。

4 操作動(dòng)作循環(huán)

操作動(dòng)作循環(huán)過程如下:裝入條形卡簧1～條形卡簧3;按下雙手按鈕,夾具旋轉(zhuǎn)180°;裝入條形卡簧4;裝入外管;按下雙手按鈕,兩工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)回轉(zhuǎn);夾具攜帶被加工工件移動(dòng)至焊接工位;點(diǎn)焊機(jī)上電極下移,開始電焊第四個(gè)條形卡簧;點(diǎn)焊機(jī)上電極上移,返回原位;夾具攜帶被加工工件旋轉(zhuǎn)90°,使第二個(gè)條形卡簧轉(zhuǎn)至焊接位置;點(diǎn)焊機(jī)上電極下移,開始電焊第二個(gè)條形卡簧;夾具攜帶被加工工件旋轉(zhuǎn)90°,使第一個(gè)條形卡簧轉(zhuǎn)至焊接位置;點(diǎn)焊機(jī)上電極下移,開始電焊第一個(gè)條形卡簧;夾具攜帶被加工工件旋轉(zhuǎn)90°,使第三個(gè)條形卡簧轉(zhuǎn)至焊接位置;點(diǎn)焊機(jī)上電極下移,開始電焊第三個(gè)條形卡簧;夾具攜帶被加工工件移動(dòng)至原位;兩工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)回轉(zhuǎn),加工完成的工件返回裝卸工位,操作人員卸件。至此完成一個(gè)循環(huán)。

在裝卸工位裝完條形卡簧1～條形卡簧3后,按雙手按鈕使夾具旋轉(zhuǎn)180°,目的是使安裝第四個(gè)條形卡簧時(shí)位置轉(zhuǎn)至頂部,便于操作人員安裝。

工件在加工工位的軸向進(jìn)給是由氣缸驅(qū)動(dòng)安裝在兩個(gè)直線導(dǎo)軌上的夾具實(shí)現(xiàn)的。

5 人機(jī)動(dòng)作平衡優(yōu)化

汽車尾氣裝飾管焊接設(shè)備的裝卸工位和焊接工位是相互獨(dú)立的,同時(shí)又相互制約。當(dāng)裝卸工位的時(shí)間長(zhǎng)于焊接工位的節(jié)拍時(shí)間時(shí),點(diǎn)焊機(jī)就要等待。反之,如果裝卸工位的時(shí)間短于加工工位的節(jié)拍時(shí)間,那么操作人員就要等待。可見,需要優(yōu)化兩個(gè)工位的節(jié)拍時(shí)間,使兩者盡量保持接近的時(shí)間,這是設(shè)備總體設(shè)計(jì)考慮的問題。人機(jī)作業(yè)組合動(dòng)作平衡優(yōu)化設(shè)計(jì)分析如圖5所示。由圖5可以看出,裝卸工位的節(jié)拍為15 s,焊接工位的節(jié)拍為17 s,兩個(gè)工位的節(jié)拍基本相近,平衡率達(dá)到88%[8]。

6 設(shè)備節(jié)拍及產(chǎn)能

根據(jù)圖5分析結(jié)果,汽車尾氣裝飾管焊接設(shè)備的生產(chǎn)節(jié)拍為17 s,汽車尾氣裝飾管焊接設(shè)備的產(chǎn)能為1 h生產(chǎn)211件。

7 控制系統(tǒng)

汽車尾氣裝飾管焊接設(shè)備控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、判斷、中斷等復(fù)雜的流程控制,還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸,通過互聯(lián)網(wǎng)瀏覽功能監(jiān)測(cè)生產(chǎn)信息,實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理和企業(yè)管理的集成。控制系統(tǒng)有自動(dòng)和半自動(dòng)兩種功能,采用半自動(dòng)功能,可以對(duì)各個(gè)工位、各個(gè)部件獨(dú)立進(jìn)行操作。

▲圖5 人機(jī)作業(yè)組合動(dòng)作平衡優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

控制系統(tǒng)設(shè)置了自動(dòng)停機(jī)更換電極頭的程序,每工作1 500個(gè)焊點(diǎn)設(shè)備自動(dòng)停止,提示操作員更換或維護(hù)電極頭,避免因電極頭磨損造成焊接質(zhì)量缺陷未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)的問題[9-10]。

8 結(jié)束語

經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證,汽車尾氣裝飾管焊接設(shè)備基本杜絕了漏裝和錯(cuò)裝的質(zhì)量問題,產(chǎn)能從原有的1 h生產(chǎn)60 件提高至1 h生產(chǎn)211件,同時(shí)滿足了安全生產(chǎn)的要求。