有关汽车白车身自动焊接机构设计研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com汽车白车身自动焊接机构设计研究口胡远忠口刘勇1．广东海洋大学工程学院广东湛江5240882．武汉理工大学机电工程学院武汉430070摘要：针对目前国内某微型汽车车身焊装生产线上使用机器人焊成本高、人工焊质量低的问题．分析了某车型白车身总拼门槛工位的焊点分布特征和焊接工艺要求．依据模块化设计思想，设计了一种CNC控制的三轴旋转式自动焊接机构，能实现竖直空间曲面多焊点自动焊接。利用UG／MotionStimulation和ANSYSWorkbench分别进行运动学和有限元仿真分析。验证了机构的可行性。关键词：自动焊接模块化CNC仿真中图分类号：TH

2、122：TG44文献标识码：A文章编号：1000—4998f2014)05—0084—03汽车白车身的焊接方式最主要的是点焊．一般车程中焊钳达到型的车身焊点数就有4000～5000个]。在国外，汽车预定焊点所需焊装生产线都朝着高度自动化、多种车型混流的方向的Y方向位发展_2]，如大众、通用等，其车身焊装生产线自动化率移。前门和中门已经达到90％以上。用机器人焊接替代目前国内广泛均有两段弧线使用的人工焊是车身焊接技术的发展趋势，但焊接机焊点轨迹．在竖器人投资维护成本高、技术要求高．在短期内实现全自直面上使用一动化焊接并不符合目前国内大多数汽车制造企业的现个转动自由度，状E3-s]。

3、因此，针对某汽车企业实际生产情况和高效率能优化机构运动路径，提高焊接效率，避免在、方向低成本的生产理念，设计了一种自动焊接机构，以满足同时使用平动自由度而造成机构占用空间过大的缺某车型车身总拼门槛工位的焊接自动化要求。点。为提高设计效率，降低设计、制造成本，对前门和中门采用同样的机构，由于前门在Z方向上有一条较长1设计概要的焊点曲线，故使用一个z向平动自由度，配合竖直面该工位焊点分布如图1所示．工件定位安装在竖的转动，联合完成竖直平面内曲线的自动焊接。直平面内，前门共有22个焊点，中门有19个焊点，各2设计流程焊点并未完全处于同一平面内．在】，方向有小幅度变动。在y方向投影上，前

4、门焊点轨迹由、Z方向两条设计流程如图2所示．机构由y、Z方向两个直线近似直线和两段弧线组成，中门焊点轨迹由X方向直运动和竖直面旋转运动组成。焊接机构的机械系统采线和两段弧线组成。总体上，该工位焊点分布比较规用模块化设计，按照功能划分为底座模块、直线运动模则，且相对密集，焊点之间的间隔也比较均匀，焊枪在块(1，向和Z向)、旋转运动模块和焊钳模块，并在UG工作过程中位姿调整速度波动不大，运动会相对平稳。软件上进行三维建模和虚拟装配。采用具有多轴联动自动焊接机构需满足的焊接工艺要求：①能完成功能的CNC控制系统．通过编写数控G代码控制各轴符合质量要求的焊点，且满足生产节拍；②焊接时，应

5、运动。实现轨迹控制。借助UG／MotionStimulation进行避免与工件、工装夹具等的干涉．由于工件需在X方向运动仿真，规划机构末端执行器(焊钳)的运动路径，使上进行输送．故自动焊接机构在焊接工作开始前和完用ANSYSWorkbench对机构关键零部件进行有限元成焊接后，应与工件在Y方向保持一定距离。分析。保证机构使用的可靠性。针对以上提出的焊点分布特征和工艺要求，拟定3机械系统结构设计机构由3个运动自由度组成．前门和中门各一套自动焊接机构。机构在Y方向需要一个平动自由度以避免自动焊接机构如图3所示．机构固定在基座上，l，工件在输送过程中与机构发生干涉。同时满足焊接过轴直线

6、运动模块带动其它运动模块和焊钳一起实现y收稿日期：2013年11月方向的直线运动，Z轴直线运动模块和连接在其上面2014／5机械制造52卷第597期学兔兔www.xuetutu.com的旋转运动模块完成竖直平面曲线的运动，使固定在旋转模块上的焊钳到达预定焊点位置，实现焊接操作。机3．1直线运动模块的设计机构的直线运动模块以伺服电机为驱动件，齿轮齿条为传动件，直线导轨为导向件。如图4所示，伺服机电机通过减速机减速增矩后，驱动连接的齿轮转动，齿条和双导轨固定在y工作台上．固定伺服电机和减速旋转轴伺服电机l机的l，板与左右各两个滑块连接．经齿轮齿条啮合传▲图5控制系统整体方案I动将旋转

7、运动转为直线运动，由直线导轨导向，实现y机和减速机固定在其内圈上，电机驱动齿轮与回转支板在Y方向的直线运动。该运动模块定位精度高，响承外圈啮合，实现外圈的旋转运动。应速度快。运行平稳。另外，设计一组机械限位开关，用焊钳通过绝缘板和筋板连接在回转支承外圈．选于预防机构在操作不当时可能发生的安全问题，并在用X型焊钳作为自动焊机构的工作焊钳。X型焊钳有机构四周安装防护板和风琴式防护罩，防尘、美观。由两个动电极。焊钳移动时两动电极呈张开状态．工件不于采用模块化设计。z轴直线运动模块仅需根