CN110102888A - 一种汽车门环拼焊板坯料的加工系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车门环拼焊板坯料的加工系统及方法。所述加工系统包括落料机构、多个关节式机械手、多个板料工装夹具、移动机构、激光切割机构以及激光焊接机构，落料机构落料出的多个板料具有带切割部，板料定位于板料工装夹具上且板料的待切割部悬挂在板料工装夹具的外部，激光切割机构的激光切割头和激光焊接机构的激光焊接头分别设置于移动机构上，移动机构带动激光切割头依次切除各个待切割部，使得各个板料形成焊接板边，各个关节式机械手能带动其上的板料工装夹具沿水平方向运动，使相邻两个板料的焊接板边对应抵接形成焊接部，移动机构带激光焊接头依次对各个焊接部进行焊接。本发明具有生产效率高、工装成本低、焊接质量高等优点。

Description

一种汽车门环拼焊板坯料的加工系统及方法

技术领域

本发明涉及了汽车零部件加工技术领域，具体的是一种汽车门环拼焊板坯料的加工系统及方法。

背景技术

汽车行业中，通常采用激光拼焊的方式，将不同材质、不同厚度的钢材进行拼合和焊接，以满足一个零部件上不同区域具有不同强度的需求。拼焊板不仅能够降低整车的制造成本、整车重量、油耗和废品率，而且可以减少外围加强件数量，简化装配步骤，同时使车辆的碰撞能力、冲压成型率和抗腐能力提高，因此给汽车制造业带来巨大的经济效益。

尤其在高强钢热成型的汽车门环上，采用激光拼焊工艺大大的提高了材料利用率，进一步减低整车重量，因此，业内通常采用将汽车门环的A柱、B柱、H柱和门槛这几个零部件分别落料，再将这几个零部件激光拼焊的方式来生产汽车门环。由于激光拼焊工艺对两个焊接零件之间的缝隙精度要求很高，缝隙误差不超过0.1mm。因此，在激光拼焊汽车门环时，如何在对零部件进行快速定位的同时确保两个零部件之间缝隙的精度，是本领域技术人员持续研究的课题。

中国专利CN201810293923.9公开了一种汽车门环定位工装及门环大总成成形工艺，具体公开了汽车门环包括精确落料的多个零件，每个零件下方使用吸附装置并依次用定位销进行预定位；第一个被定位的零件用夹具上的移动机构推动以与最后一个零件互相贴合，缩小最后一道焊缝处累计误差，从而达到激光拼焊对缝隙误差不超过0.1mm的要求。该工装及方法存如下问题：

1、要求每个零件至少设置1个定位销孔，提高了主机厂对零件产品的设计要求。

2、每一种型号的汽车门环均要投入一套完整的工装夹具，成本高。

3、每块板料都依次经历定位销预定位、支撑吸附及夹紧板夹紧定位，最后一道缝还需要移动板料来贴合焊缝，这样的工艺顺序效率低下，产能受到极大限制。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种汽车门环拼焊板坯料的加工系统及方法，其用于解决上述问题中的至少一种。

本申请实施例公开了：一种汽车门环拼焊板坯料的加工系统，包括：用于落料出多个板料的落料机构，其中，所述板料在待拼接处具有待切割部；所述加工系统还包括多个关节式机械手、多个板料工装夹具、移动机构、激光切割机构以及激光焊接机构，所述板料定位于所述板料工装夹具上且所述板料的待切割部悬挂在所述板料工装夹具的外部，所述激光切割机构包括激光切割头，所述激光焊接机构包括激光焊接头，所述激光切割头和所述激光焊接头分别设置于所述移动机构上，所述移动机构带动所述激光切割头依次切除各个所述板料的待切割部，使得各个所述板料形成焊接板边，各个所述关节式机械手能带动可拆卸连接于其上的所述板料工装夹具沿水平方向运动，使相邻两个所述板料的焊接板边对应抵接，从而形成焊接部，所述移动机构还带动所述激光焊接头依次对各个焊接部进行焊接形成汽车门环拼焊板坯料。

具体的，每个所述板料工装夹具包括支撑座、多个定位单元以及吸附单元，所述支撑座可拆卸连接于所述关节式机械手上且与放置于其上的板料仿形，多个所述定位单元设置于所述支撑座上用于对板料进行定位，所述吸附单元设置于所述支撑座上用于吸附板料。

具体的，所述板料工装夹具还包括快换夹头，所述板料工装夹具通过所述快换夹头与所述关节式机械手连接。

具体的，所述吸附单元包括电磁铁。

具体的，所述关节式机械手包括底座和至少一个旋转臂，所述旋转臂的一端与所述底座旋转连接，所述旋转臂的另一端与所述支撑座连接。

具体的，所述旋转臂的数量为3-4个之间，若干个所述旋转臂沿Z向向上依次相接，且若干个所述旋转臂沿水平方向错位设置，相邻两个旋转臂之间旋转连接，所述支撑座设置于最上方的所述旋转臂上。

具体的，所述移动机构包括X向移动单元和设置于其上的Y向移动单元，所述X向移动单元能带动所述Y向移动单元沿X向运动，所述Y向移动单元上设有一能沿Y向运动的滑板，所述激光切割头和所述激光焊接头设置于所述滑板上。

具体的，所述加工系统还包括一废料输送机构，所述废料输送机构用于输送经由所述激光切割头切除的废料。

本实施例还公开一种汽车门环拼焊板坯料的加工方法，包括以下步骤：

落料机构落料出多个板料，其中，所述板料在待拼接处具有待切割部；

各个关节式机械手带动板料工装夹具运动到预设位置；

将多个板料分别放置于与其对应的板料工装夹具上，板料工装夹具上的吸附单元对板料进行吸附；

运动机构带动激光切割头运动，使得激光切割头依次对各个板料的待切割部进行切除，形成焊接板边；

各个关节式机械手带动板料工装夹具运动，使相邻两个板料的焊接板边抵接，形成焊接部；

运动机构带动激光焊接头运动，使得激光焊接头依次对各个焊接部进行焊接。

具体的，判断所述板料在加工时是否发生变形或偏移：

当所述板料在加工时发生变形或偏移时，先同时切除相邻两个待切割部后、随即同时进行抵接两个焊接板边并焊接焊接部，再依次循环；

或，当所述板料在加工时不发生变形或偏移时，先依次对所有待切割部完成切除、后对所有焊接板边完成抵接、再对所有焊接部完成焊接。

本发明的有益效果如下：

1.与传统的采用精确落料的板料进行激光拼焊的加工系统相比，本实施例中的加工系统可以对具有待切割部的板料进行在线激光切除形成焊接板边，再对切除了待切割部后的板料进行激光焊接，由于关节式机械手、移动机构70、激光切割机构、激光焊接机构均由伺服控制系统精确控制，确保了各个运动的精确性，减少了现有技术中因板料原始尺寸误差和定位误差等产生的累计误差，确保了焊接板边的位置和尺寸的精确度，从而提高了焊缝的精度，提高焊接质量。

2.本实施例所述的加工系统，可同时对板料工装夹具进行上料、预定位，待板料的待切割部被切除后，各个关节式机械手可同时转动，使其上的板料同时与相邻的板料进行精确的抵接，极大提高了板料装夹的效率，实现大批量工业化生产。

3.本实施例所述的加工系统用于不同型号、尺寸的汽车门环的板料进行焊接时，只需通过所述快换夹头的安装与拆卸，便可更换关节式机械手上的板料工装夹具，操作简单快速，更换的部件量少，所述加工系统上其他部件的可重复实用性很高，大大减少了加工系统的投入成本。

4.本实施例所述的关节式机械手具有良好的柔性，其工作范围很大，可兼容不同大小、不同数量的板料，且工装复位简单，无需重新调试。

5.本实施例所述的加工系统可以降低板料的定位精度要求，也无需在板料上开设定位孔，节省了板料的成型工序。

6.本实施例所述的加工方法，在当所述板料加工时不发生变形或偏移时，可以提高加工效率；在当所述板料加工时发生变形或偏移时，可以有效保证焊缝质量。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中所述加工系统的结构示意图；

图2是图1中A处的局部放大图。

以上附图的附图标记：10-激光切割头，20-激光焊接头，30-旋转臂，31-底座，401-挡块，402-电磁铁，403-快换夹头，404-支撑座，501-A柱板料，502-B柱板料，503-门槛板料，504-H柱板料，60-废料输送机构，70-移动机构，71-X向移动单元，72-Y向移动单元，721-滑板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1至2所示，本实施例所述的汽车门环拼焊板坯料的加工系统，包括用于落料出多个板料的落料机构(图中未示)，通常落料机构落料有A柱板料501、B柱板料502、门槛板料503和H柱板料504，多个所述板料的待拼接处分别具有待切割部，一般至少具有两处待切割部。所述加工系统还包括多个关节式机械手、多个板料工装夹具、移动机构70、激光切割机构以及激光焊接机构。所述板料定位于所述板料工装夹具上，且所述板料的待切割部悬挂在所述板料工装夹具的外部。所述激光切割机构包括激光切割头10，所述激光焊接机构包括激光焊接头20，所述激光切割头10和所述激光焊接头20分别设置于所述移动机构70上。所述移动机构70带动所述激光切割头10依次切除各个所述板料的待切割部，使得各个所述板料形成焊接板边，各个所述关节式机械手能带动可拆卸连接于其上的所述板料工装夹具沿水平方向运动，使相邻两个所述板料的焊接板边对应抵接形成焊接部，所述移动机构70还带动所述激光焊接头20依次对各个焊接部进行焊接形成汽车门环拼焊板坯料。

本实施例所述的加工系统在工作时，可通过多个外部端拾器同时抓取对应的板料，将板料放置于板料工装夹具上，板料工装夹具对板料进行预定位和吸附固定；接着，各个关节式机械手带动安装于其上的板料工装夹具沿水平方向转动至一个预设的位置，使板料上的待切割部处于一定的位置；接着，移动机构70带动激光切割头10运动，使激光切割头10依照一定的顺序对各个板料的待切割部进行切除，使各个板料的切割处形成焊接板边；接着，各个关节式机械手带动其上的板料工装夹具沿水平方向运动，使相邻两个板料的焊接板边对应抵接，形成多个焊接部；接着，移动机构70带动激光焊接头20依次对各个焊接部进行焊接。在上述工作过程中，所述关节式机械手、移动机构70、激光切割机构、激光焊接机构均由伺服控制系统精确控制，以确保各个运动的精确性。

借由上述结构，本实施例所述的加工系统具有以下优点：

1.与传统的采用精确落料的板料进行激光拼焊的加工系统相比，本实施例中的加工系统可以对具有待切割部的板料进行在线激光切除形成焊接板边，再对切除了待切割部后的板料进行激光焊接，由于关节式机械手、移动机构70、激光切割机构、激光焊接机构均由伺服控制系统精确控制，确保了各个运动的精确性，减少了现有技术中因板料原始尺寸误差和定位误差等产生的累计误差，确保了焊接板边的位置和尺寸的精确度，从而提高了焊缝的精度，提高焊接质量。

2.本实施例所述的加工系统，可同时对板料工装夹具进行上料、预定位，待板料的待切割部被切除后，各个关节式机械手可同时转动，使其上的板料同时与相邻的板料进行精确的抵接，极大提高了板料装夹的效率，实现大批量工业化生产。

具体的，重点参照图2所示，本实施例所述的板料工装夹具包括支撑座404、多个定位单元401以及吸附单元402。所述支撑座404可拆卸连接于所述关节式机械手上，且所述支撑座404与放置于其上的板料仿形。多个定位单元401设置于所述支撑座404上，用于对板料进行定位，具体来说，多个定位单元401对放入的板料进行导正，使板料落在支撑座44上，并对板料进行预定位，因此，多个定位单元401的分布方式优选与对应的板料仿形。所述吸附单元402设置于所述支撑座404上，用于吸附板料，较佳的，所述支撑座404上与所述板料的待切割部对应的位置附近设有所述吸附单元402，以确保该处的板料得以固定牢靠，以防止在激光切割和激光拼焊时，该处的板料发生移动或变形，影响焊接质量。具体的，所述吸附单元404包括电磁铁，电磁铁通电后可对板料产生强大的吸附力，断电后磁力消失，便于板料的固定和下料。进一步的，所述板料工装夹具还包括快换夹头403，所述快换夹头403安装于所述支撑座404的底部，所述板料工装夹具通过所述快换夹头403与所述关节式机械手快速且精确地连接。当本实施例所述的加工系统用于不同型号、尺寸的汽车门环的板料进行焊接时，只需通过所述快换夹头403的安装与拆卸，便可更换关节式机械手上的板料工装夹具，操作简单快速，更换的部件量少，所述加工系统上其他部件的可重复实用性很高，大大减少了加工系统的投入成本。

具体的，如图1和2所示，所述关节式机械手包括底座31和至少一个旋转臂30。所述旋转臂30的一端与所述底座31旋转连接，使得所述旋转臂30能绕着所述底座31的Z轴旋转，换句话说，使得所述旋转臂30能沿水平方向旋转，所述旋转臂30的另一端与所述支撑座404连接。较佳的，所述旋转臂30的数量为3-4个之间，若干所述旋转臂30沿Z向向上依次相接，且若干个所述旋转臂30沿水平方向错位设置，相邻两个旋转臂30之间旋转连接，所述支撑座404设置于最上方的旋转臂30上。具体来说，若干个旋转臂30中，第一个旋转臂30的一端连接于底座31上，另一端的上侧面与第二个旋转臂30的下侧面连接，第二个旋转臂30远离第一个旋转臂30的一端的上侧面与第三个旋转臂30的下侧面连接，依次类推。需要说明的是，各个安装座404安装于对应的旋转臂30后，需要确保各个板料处于同一水平面上，以确保相邻的两个焊接板边能重合抵接，因此，较佳的，各个所述关节式机械手最上方的旋转臂30，其用于安装对应安装座404的面处于同一水平面。

采用上述结构，本实施例所述的关节式机械手具有良好的柔性，其工作范围很大，可兼容不同大小、不同数量的板料，且工装复位简单，无需重新调试。

具体的，如图1所示，所述移动机构70包括X向移动单元71和设置于所述X向移动单元71上的Y向移动单元72。所述X向移动单元71能带动所述Y向移动单元72沿X向运动，所述Y向移动单元72上设有一能沿Y向运动的滑板721，所述激光切割头10和所述激光焊接头20设置于所述滑板721上。较佳的，所述激光切割头10和所述激光焊接头20分别与所述滑板721固定连接，也就是说所述激光切割头10与所述激光焊接头20的相对位置固定不变，因此，有利于确保焊缝位置的精确性。具体来说，所述移动机构70包括两个X向移动单元71，两个X向移动单元71平行设置，形成一个工作区域，所述Y向移动单元72分别与两个X向移动单元71连接，各个所述关节式机械手及其上的板料工装夹具均设置于上述工作区域内，有利于节约加工系统的占地空间。进一步的，所述加工系统还包括一废料输送机构60，所述废料输送机构60用于输送经由所述激光切割头10切除的废料，所述废料输送机构60沿所述X向穿设于上述工作区域中，且位覆盖了激光切割头10的工作位置的投影面，确保被切除的废料能落入废料输送机构60上。

本实施例中所述的加工方法，包括以下步骤：

落料机构落料出多个板料，其中，所述板料在待拼接处具有待切割部。

接着，各关节式机械手带动板料工装夹具运动到预设位置，在该预设位置上，所述板料的待切割部被切除后，板料所形成的焊接板边能符合激光拼焊时对板料的尺寸的精度要求。

接着，将多个板料分别放置于与其对应的板料的工装夹具上，板料工装夹具上的吸附单元402对板料进行吸附。具体来说，可采用端拾器同时抓取多个板料放入板料工装夹具中，仿形分布的多个定位单元401导正对应的板料，使板料落在安装座404上，电磁铁通电后产生磁力，对板料进行吸附。在这一步骤中，板料的定位可以存在一定误差，只需保证板料上的待切割部悬挂在板料工装夹具外，确保激光切割头10能对待切割部进行切除，形成焊接板边。换句话说，本实施例的方法中，板料无需定位孔和定位销配合以高精度定位，只需要控制焊接板边的位置精度，便可弥补板料的尺寸误差所带来的焊缝的精度误差，因此，采用本实施例中的方法，可以降低板料的定位精度要求，也无需在板料上开设定位孔，节省了板料的成型工序。

接着，运动机构带动激光切割头10运动，使得激光切割头10依次对各个板料的待切割部进行切除，形成焊接板边。

待激光切割头10切除完所有板料的待切割部后，各个关节式机械手带动板料工装夹具运动，使相邻两个板料的焊接板边抵接，形成焊接部。

接着，运动机构带动激光焊接头20运动，使得激光焊接头20依次对各个焊接部进行焊接。

具体的，当板料在加工时，先判断所述板料是否发生变形或偏移，

当所述板料在加工时发生变形或偏移时，先同时切除相邻两个待切割部后、随即同时进行抵接两个焊接板边并同时焊接焊接部，再依次循环，该方式可以有效保证焊缝质量。

当所述板料在加工时不发生变形或偏移时，先依次对所有待切割部完成切除、后依次对所有焊接板边完成抵接、再依次对所有焊接部完成焊接，该方式可以提高加工效率。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种汽车门环拼焊板坯料的加工系统，其特征在于，包括：

用于落料出多个板料的落料机构，其中，所述板料在待拼接处具有待切割部；

所述加工系统还包括多个关节式机械手、多个板料工装夹具、移动机构、激光切割机构以及激光焊接机构，所述板料定位于所述板料工装夹具上且所述板料的待切割部悬挂在所述板料工装夹具的外部，所述激光切割机构包括激光切割头，所述激光焊接机构包括激光焊接头，所述激光切割头和所述激光焊接头分别设置于所述移动机构上，所述移动机构带动所述激光切割头依次切除各个所述板料的待切割部，使得各个所述板料形成焊接板边，各个所述关节式机械手能带动可拆卸连接于其上的所述板料工装夹具沿水平方向运动，使相邻两个所述板料的焊接板边对应抵接，从而形成焊接部，所述移动机构还带动所述激光焊接头依次对各个焊接部进行焊接形成汽车门环拼焊板坯料。

2.根据权利要求1所述的加工系统，其特征在于，每个所述板料工装夹具包括支撑座、多个定位单元以及吸附单元，所述支撑座可拆卸连接于所述关节式机械手上且与放置于其上的板料仿形，多个所述定位单元设置于所述支撑座上用于对板料进行定位，所述吸附单元设置于所述支撑座上用于吸附板料。

3.根据权利要求2所述的加工系统，其特征在于，所述板料工装夹具还包括快换夹头，所述板料工装夹具通过所述快换夹头与所述关节式机械手连接。

4.根据权利要求2所述的加工系统，其特征在于，所述吸附单元包括电磁铁。

5.根据权利要求2所述的加工系统，其特征在于，所述关节式机械手包括底座和至少一个旋转臂，所述旋转臂的一端与所述底座旋转连接，所述旋转臂的另一端与所述支撑座连接。

6.根据权利要求5所述的加工系统，其特征在于，所述旋转臂的数量为3-4个之间，若干个所述旋转臂沿Z向向上依次相接，且若干个所述旋转臂沿水平方向错位设置，相邻两个旋转臂之间旋转连接，所述支撑座设置于最上方的所述旋转臂上。

7.根据权利要求1所述的加工系统，其特征在于，所述移动机构包括X向移动单元和设置于其上的Y向移动单元，所述X向移动单元能带动所述Y向移动单元沿X向运动，所述Y向移动单元上设有一能沿Y向运动的滑板，所述激光切割头和所述激光焊接头设置于所述滑板上。

8.根据权利要求1所述的加工系统，其特征在于，所述加工系统还包括一废料输送机构，所述废料输送机构用于输送经由所述激光切割头切除的废料。

9.一种汽车门环拼焊板坯料的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

落料机构落料出多个板料，其中，所述板料在待拼接处具有待切割部；

各个关节式机械手带动板料工装夹具运动到预设位置；

将多个板料分别放置于与其对应的板料工装夹具上，板料工装夹具上的吸附单元对板料进行吸附；

运动机构带动激光切割头运动，使得激光切割头依次对各个板料的待切割部进行切除，形成焊接板边；

各个关节式机械手带动板料工装夹具运动，使相邻两个板料的焊接板边抵接，形成焊接部；

运动机构带动激光焊接头运动，使得激光焊接头依次对各个焊接部进行焊接。

10.根据权利要求9所述的加工方法，其特征在于，判断所述板料在加工时是否发生变形或偏移：

当所述板料在加工时发生变形或偏移时，先同时切除相邻两个待切割部后、随即同时进行抵接两个焊接板边并焊接焊接部，再依次循环；

或，当所述板料在加工时不发生变形或偏移时，先依次对所有待切割部完成切除、后对所有焊接板边完成抵接、再对所有焊接部完成焊接。