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CN180C副车架三工位点焊、弧焊一体化工作站的开发设计

CN180C副车架三工位点焊、弧焊一体化工作站的开发设计 黄小林 【摘要】根据CN180C副车架的结构特性及焊接工艺的布局，按照整线的生产节拍，开发设计了CN180C副车架三工位点焊、弧焊一体化工作站，只需一次装夹，即可实现夹具的自动翻转变位、副车架的自动协调点焊、双机协调弧焊的工艺以及夹具的自动松开等一系列程序控制，从而保证副车架的焊接精度和质量，同时桁架式下料机械手的使用，实现了产品的自动下料，减轻了工人的劳动强度的同时，实现了一人多机操作，降低了人工成本，取得很好的效果。 关键词：机器人；副车架；工作站；设计；焊接 1. 概述 随着我国经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，汽车逐渐成为人们生活中一种重要的交通工具，人们的需求也不再停留于微型车的商务运用，而是进一步追求偏向于舒适性的前置前驱车型。 前置前驱车型一个共有的特性就是副车架，副车架是轿车底盘重要的结构件，它的主要功能是承载发动机和变速箱，副车架必须要提供足够的强度和刚度以保证安装在上面的总成能够正常的工作。就其本身工艺特性来说，副车架是大型的冲压焊接件，在生产过程中出现的主要问题是由于焊接变形引起的结构尺寸不稳定，有时出现产品报废。因此如何保证底盘件焊接制造过程中的

精度，就成为保证整个产品质量的一个关键。这就要求副车架的焊接工艺不能再与传统微型车的一样，必须提升到更高的等级。图1为CN180C副车架焊接示意，通过引入机器人焊接技术，采用PLC控制协调多轴与机器人的所有动作，包括变位翻转、夹具控制、焊接过程控制等，确保机器人安全高效焊接运行。 2. CN180C副车架三工位点焊、弧焊一体化工作站的设计 （1）焊接工艺路线 副车架作为汽车悬架的重要组成部分，同时也是汽车中底盘零部件的关键零件，其焊接工艺是和它的整体质量有着密不可分的关系。CN180C副车架上既有点焊工艺要求，又有弧焊工艺要求，通过设计同一的三套夹具，先点焊再进行弧焊的工艺路线来实现产品的焊接。图2和图3为CN180C副车架三工位点焊、弧焊一体化工作站焊接路线图及夹具总成。 图1 CN180C副车架焊接工艺示意 图2 CN180C副车架三工位点焊、弧焊一体化工作站焊接路线 图3 CN180C副车架三工位点焊、弧焊一体化工作站夹具总成 （2）系统构成 如图4所示, CN180C副车架三工位点焊、弧焊一体化工作站系统主要由点焊机器人本体一套（Motoman-MS160），弧焊机器人本体两套（Motoman-MA1400）、清枪器、变压器、系统控制柜（各一套）以及桁架式下料机械手（一套）等所组成的变位运动机构。 （3）变位协调运动机构 为充分发挥机器人的功效，其通常与各种焊接变位机组合使用。变位协调运动机

构采用精密的回转支撑，三工位布局。 如图5所示，水平变位伺服电动机通过水平变位减速机，驱动回转支撑做旋转运动，+120°和-240°两个角度来回往复旋转，从而使回转支撑上的三套焊具进行变位；而协调伺服电动机则通过协调变位减速机驱动直接焊接夹具与点焊、弧焊机器人做协调运动进行焊接工作。SOS焊接工艺要求先点焊再弧焊，即一次装夹经过点焊、弧焊工位后就可以焊接成产品。这样的布局可以使得机器人在焊接的同时，装夹与焊接不冲突，实现机器人不间歇焊接，设备利用率最大化，同时与自动下料输送线完美结合，物流最简化，减少人员移动的距离。 图4 CN180C副车架三工位点焊、弧焊一体化工作站系统构成 图5 CN180C副车架三工位点焊、弧焊一体化工作站主体结构 图6 桁架式机械手运动机构1.Z轴伺服电动机 2.Z轴 3.Y轴 4.气动90°变位机构 5.CN180C副车架 6.下料机架 这种运动结构主要是通过机器人的PLC控制四个外部轴的运动，同时，由于这四个外部轴作为机器人控制器的一部分，使它们在机器人本体运动的同时可以进行旋转，从而将夹具变位过程中通常需要由外部轴单独回转的时间充分利用，提高了焊接效率。 （4）桁架式机械手运动机构 为了降低人工成本，缓解招工难的问题，实现“一人多机”，达到降本增效的目的，采用桁架式机械手负责工件的下料，如图6所示。 （5）操作过程 如图4和图7所示，操作人员装夹完零件后，