CN110587191B - 一种轻量化高柔性白车身主焊生产设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轻量化高柔性白车身主焊生产设备，属于汽车白车身焊装技术领域，针对现有主流的白车身主焊生产设备占地面积大、焊接机器人数量少，生产效率低的问题。本发明将焊接机器人按照三层排布设置，主焊内置夹具拆分成前侧、后侧及后围内置夹具三部分，通过机器人抓持定位及切换实现4车型混流生产。通过专有的夹具钢结构及下夹具对分体内置夹具进行整体的精度控制。取消了复杂庞大的切换机构，既简化了切换机构节省了设备占地面积降低成本，又能保证多车型柔性切换，主焊工位的焊接机器人数量突破新高。

Description

一种轻量化高柔性白车身主焊生产设备
技术领域
本发明属于汽车白车身焊装技术领域，尤其是值一种轻量化、高柔性的白车身主焊生产设备。
背景技术
白车身焊装生产线的主焊工位是焊装生产线最重要的组成部分。其将地板、侧围、顶盖(顶盖横梁)等装配在一起形成笼式结构进行焊接。是决定白车身精度、强度最重要的工位。而在焊装技术快速发展的今天，在高精度高强度要求下，又增加了高柔性的要求，从而满足一条焊装生产线可以生产多种车型，从而降低单车成本。
目前市面主流的主焊夹具如：柯马总拼系统(Open gate)，丰田全球车身生产线系统(GBL)，日产智能化车身组装系统(IBS)，库卡总拼系统(Flex modules)，ABB FlexFramer等等，而上述主流主焊夹具均存在为实现多车型柔性生产，需要较大占地面积及。与此同时，由于主焊夹具柔性设备较多挤占机器人焊接位置，上述生产线大多焊接机器人不超过12台，在高节拍情况下智能焊接较少焊点。将地面占用面积扩展到空中并增加较多焊接机器人保证焊接强度及车身精度对白车身主焊工位愈发重要。
发明内容
本发明供一种轻量化高柔性白车身主焊生产设备，目的是解决目前主焊生产设备占地较大，投入成本较高的问题，同时解决主流主焊生产形式被柔性设备挤占的焊接机器人过少，导致白车身主焊工位在高节拍下点焊焊点过少，焊接强度及车身精度难以控制问题。
本发明所采用的技术方案如下：
一种轻量化高柔性白车身主焊生产设备，由上中下三层组成，上层为空中层，
后侧内置夹具抓件机器人1-1、前侧内置夹具抓件机器人1-2、四个空中焊接机器人1-3、1-4、1-5和1-6、空中机器人钢结构1-7、四个后侧内置多车型夹具存放放置台1-8、1-9、1-10和1-11、四个前侧内置多车型夹具存放放置台1-12、1-13、1-14和1-15；
其中，空中机器人钢结构1-7与地面铺设的预埋版螺栓连接固定安装在地面上；空中机器人钢结构1-7上方为台面用于固定其他部件；后侧内置夹具抓件机器人1-1和前侧内置夹具抓件机器人1-2相对安装在空中机器人钢结构1-7上台面两侧；四个后侧内置多车型夹具存放放置台1-8、1-9、1-10和1-11安装在后侧内置夹具抓件机器人1-1左右两侧、左后方和右后方；四个前侧内置多车型夹具存放放置台1-12、1-13、1-14和1-15安装在前侧内置夹具抓件机器人1-2左右两侧、左后方和右后方；四个空中焊接机器人1-3、1-4、1-5和1-6安装在空中机器人钢结构1-7中部，两个为一组安装在左侧，另两个为一组安装在右侧；
中层为地面层，由内置夹具钢结构2-1、前侧内置夹具2-2、后侧内置夹具2-3、后围内置夹具2-4、后围上件7轴机器人2-5、五个地面焊接机器人2-6、2-7、2-8、2-9和2-10、后围上件放置台2-11、两个后围多车型内置夹具存放台2-12和2-13、焊钳存放台2-14、两个后围内置夹具定位机构2-15和2-16，以及后围焊钳2-17组成，
内置夹具钢结构2-1固定安装在地面上，前侧内置夹具2-2和后侧内置夹具2-3吊装在内置夹具钢结构2-1上，两个后围内置夹具定位机构2-15和2-16分别固定在内置夹具钢结构2-1左后方和右后方的地面上，后围内置夹具2-4固定安装在两个后围内置夹具定位机构2-15和2-16上，使其在位于内置夹具钢结构2-1后方；
五个地面焊接机器人2-6、2-7、2-8、2-9和2-10均固定安装在地面上，其中四个地面焊接机器人2-7、2-8、2-9和2-10以两个为一组分别安装在内置夹具钢结构2-1两侧，另外一个地面焊接机器人2-6设置在内置夹具钢结构2-1左后方，后围上件7轴机器人2-5设置在内置夹具钢结构2-1的右后方；
后围上件放置台2-11设置在后围上件7轴机器人2-5附近；两个后围多车型内置夹具存放台2-12和2-13设置在地面上，安装在内置夹具钢结构2-1附近；焊钳存放台2-14和后围焊钳2-17安装在后围上件7轴机器人2-5后方；
下层为地坑层，由地坑3-1、输送机构3-2、输送台车3-3、两个下夹具3-4和3-5与四个地坑内焊接机器人3-6、3-7、3-8和3-9组成；
输送机构3-2纵向放置在地坑3-1中，输送台车3-3安装在输送机构3-2上，两个下夹具3-4和3-5设置在输送机构3-2两侧，四个地坑内焊接机器人3-6、3-7、3-8和3-9两个一组，两组分别设置在两个下夹具3-4和3-5外侧。
本发明优点在于以下六点：
1、主焊夹具采用内置形式，搭建钢构及地坑，分空中、地面、地坑三个空间，将焊接机器人数量最大化。焊接机器人数量达到14台，总机器人数量达到16台，机器人数量均高于目前主流主焊夹具形式。
2、将主焊夹具分为下夹具、前端内置夹具、后端内置夹具、后围内置夹具四部分，下夹具使用NC机构切换，其余三部分专车专用，采用机器人切换形式，可以实现4车型以上的柔性生产，且无占地大价格昂贵的切换机构。占地面积为单工位实现，无切换机构。主流主焊夹具一般占用3工位以上，切换机构约为横向10-20米长。
3、采用机器人进行切换，切换时间小于12s，达到国际主流水平。
4、前端内置夹具、后端内置夹具采用铝管焊接形成夹具框架。前端内置夹具、后端内置夹具、后围内置夹具三部分整体重量低于850kg，是整体式内置夹具的65％，有效的降低了机器人的负载，节约成本。
5、前端及后端内置夹具定位使用专有钢构，空中焊接机器人占位钢构与内置夹具专有钢构无硬连接，防止焊接过程中机器人高速运动带来的钢构颤动导致的定位精度下降。内置夹具整体定位精度达到+-0.1mm,达到国际主流水平。
6、采用一汽模具制造有限公司研发的自循环台车输送，单程输送时间根据工位远近达到5-8s，平均速度>1.2m/s，达到国际主流水平。
附图说明
图1是一种轻量化高柔性白车身主焊生产方法的空中部分结构示意图；
图2是一种轻量化高柔性白车身主焊生产方法的地面部分结构示意图；
图3是一种轻量化高柔性白车身主焊生产方法的地坑部分结构示意图；
图4是一种轻量化高柔性白车身主焊生产方法的夹具部分结构示意图；
图5是一种轻量化高柔性白车身主焊生产方法的机器人及夹具示意图。
具体实施方式
本实施例中一种轻量化高柔性白车身主焊生产设备，由上中下三层组成，
如图1所示，上层为空中层，由后侧内置夹具抓件机器人1-1、前侧内置夹具抓件机器人1-2、四个空中焊接机器人1-3、1-4、1-5和1-6、空中机器人钢结构1-7、四个后侧内置多车型夹具存放放置台1-8、1-9、1-10和1-11与四个前侧内置多车型夹具存放放置台1-12、1-13、1-14和1-15组成；
其中，空中机器人钢结构1-7与地面铺设的预埋版螺栓连接固定安装在地面上；空中机器人钢结构1-7上方为台面用于固定其他部件；后侧内置夹具抓件机器人1-1和前侧内置夹具抓件机器人1-2相对安装在空中机器人钢结构1-7上台面两侧；四个后侧内置多车型夹具存放放置台1-8、1-9、1-10和1-11安装在后侧内置夹具抓件机器人1-1左右两侧、左后方和右后方；四个前侧内置多车型夹具存放放置台1-12、1-13、1-14和1-15安装在前侧内置夹具抓件机器人1-2左右两侧、左后方和右后方；四个空中焊接机器人1-3、1-4、1-5和1-6安装在空中机器人钢结构1-7中部，两个为一组安装在左侧，另两个为一组安装在右侧；
如图2所示，中层为地面层，由内置夹具钢结构2-1、前侧内置夹具2-2、后侧内置夹具2-3、后围内置夹具2-4、后围上件7轴机器人2-5、五个地面焊接机器人2-6、2-7、2-8、2-9和2-10、后围上件放置台2-11、两个后围多车型内置夹具存放台2-12和2-13、焊钳存放台2-14、两个后围内置夹具定位机构2-15和2-16，以及后围焊钳2-17组成，
内置夹具钢结构2-1固定安装在地面上，前侧内置夹具2-2和后侧内置夹具2-3吊装在内置夹具钢结构2-1上，两个后围内置夹具定位机构2-15和2-16分别固定在内置夹具钢结构2-1左后方和右后方的地面上，后围内置夹具2-4固定安装在两个后围内置夹具定位机构2-15和2-16上，使其在位于内置夹具钢结构2-1后方；
五个地面焊接机器人2-6、2-7、2-8、2-9和2-10均固定安装在地面上，其中四个地面焊接机器人2-7、2-8、2-9和2-10以两个为一组分别安装在内置夹具钢结构2-1两侧，另外一个地面焊接机器人2-6设置在内置夹具钢结构2-1左后方，后围上件7轴机器人2-5设置在内置夹具钢结构2-1的右后方；
后围上件放置台2-11设置在后围上件7轴机器人2-5附近；两个后围多车型内置夹具存放台2-12和2-13设置在地面上，安装在内置夹具钢结构2-1附近；焊钳存放台2-14和后围焊钳2-17安装在后围上件7轴机器人2-5后方；
如图3所示，下层为地坑层，由地坑3-1、输送机构3-2、输送台车3-3、两个下夹具3-4和3-5与四个地坑内焊接机器人3-6、3-7、3-8和3-9组成；
输送机构3-2纵向放置在地坑3-1中，输送台车3-3安装在输送机构3-2上，两个下夹具3-4和3-5设置在输送机构3-2两侧，四个地坑内焊接机器人3-6、3-7、3-8和3-9两个一组，两组分别设置在两个下夹具3-4和3-5外侧。
如图4夹具部分轴测图示意图，后侧内置夹具2-2、前侧内置夹具2-3、后围内置夹具2-4、及两个下夹具3-4和3-5、共同组成了夹具系统对白车身4-1进行定位，确保地板、左右侧围、顶盖前横梁、顶盖后横梁及后围板的相对精度。
该工位只需要操作工1人，主要负责后围上件及物流小车的轮换。该工位自动化率为16/(16+1)＝94％。其余所有工作均由机器人完成。
生成时该设备的操作步骤如下：
首先由前序工位通过输送机构3-2上的前序输送台车将已完成预装的白车身输送到主焊工位，此时，预装完成的白车身含有地板、侧围、顶盖前横梁、顶盖后横梁组成。前序工位将输送白车身的车型信息传递到本工位，下夹具3-4和3-5将白车身4-1举升并对地板定位，后侧内置夹具抓件机器人1-1从后侧内置多车型夹具存放放置台1-8、1-9、1-10和1-11抓取与车型匹配的后侧内置夹具，前侧内置夹具抓件机器人1-2从前侧内置多车型夹具存放放置台1-12、1-13、1-14和1-15抓取与车型匹配的前侧内置夹具。
后侧内置夹具抓件机器人1-1和前侧内置夹具抓件机器人1-2将前后侧内置夹具放入内置夹具钢结构2-1上将侧围及顶盖横梁部分定位。与此同时，后围上件7轴机器人2-5从前序得到车型信号后，从后围多车型内置夹具存放台2-12和2-13取后围内置夹具并到后围上件放置台2-11取件，通过7轴运动到白车身4-1附件，将带后围零件的内置夹具安装在后围内置夹具定位机构2-15和2-16上，此时，前侧内置夹具1-1、后侧内置夹具1-2、后围内置夹具2-4、下夹具3-4和3-5对白车身4-1进行整体定位。
后围上件机器人2-5将后围内置夹具2-4放置在后围内置夹具定位机构2-15和2-16后，从焊钳存放台2-14取出焊钳2-17对白车身4-1进行焊接，与此同时，空中焊接机器人1-3、1-4、1-5和1-6、地面焊接机器人2-6、2-7、2-8、2-9和2-10、地坑内焊接机器人3-6、3-7、3-8和3-9合计14台焊接机器人对白车身进行焊接作业。
焊接作业完成后，后围上件机器人2-5将焊钳2-17放回焊钳存放台2-14，从后围内置夹具定位机构2-15和2-16取出后围内置夹具2-4。与此同时，空中焊接机器人1-3、1-4、1-5和1-6、地面焊接机器人2-6、2-7、2-8、2-9和2-10、地坑内焊接机器人3-6、3-7、3-8和3-9合计14台焊接机器人全部离开白车身。
前侧内置夹具抓件机器人1-2将前侧内置夹具放回到前侧内置多车型夹具存放放置台1-12、1-13、1-14和1-15，后侧内置夹具抓件机器人1-1将后侧内置夹具放回到后侧内置多车型夹具存放放置台1-8、1-9、1-10和1-11。下夹具3-4和3-5将白车身4-1下降放在输送机构3-2上的输送台车3-3上，输送机构3-2将输送台车3-3连同白车身4-1输送到下一工位。随后输送台车3-3将白车身4-1放置于下一工位下夹具后空输送台车3-3返回主焊工位。
输送台车3-3采用一汽模具制造有限公司研发的自循环台车，单程输送时间根据工位远近达到5-8s，平均速度>1.2m/s，达到国际主流水平。

Claims (1)

1.一种轻量化高柔性白车身主焊生产设备，其特征在于，该设备由上中下三层组成，
上层为空中层，后侧内置夹具抓件机器人(1-1)、前侧内置夹具抓件机器人(1-2)、四个空中焊接机器人(1-3、1-4、1-5和1-6)、空中机器人钢结构(1-7)、四个后侧内置多车型夹具存放放置台(1-8、1-9、1-10和1-11)、四个前侧内置多车型夹具存放放置台(1-12、1-13、1-14和1-15)；
其中，空中机器人钢结构(1-7)与地面铺设的预埋版螺栓连接固定安装在地面上；空中机器人钢结构(1-7)上方为台面用于固定其他部件；后侧内置夹具抓件机器人(1-1)和前侧内置夹具抓件机器人(1-2)相对安装在空中机器人钢结构(1-7)上台面两侧；四个后侧内置多车型夹具存放放置台(1-8、1-9、1-10和1-11)安装在后侧内置夹具抓件机器人(1-1)左右两侧、左后方和右后方；四个前侧内置多车型夹具存放放置台(1-12、1-13、1-14和1-15)安装在前侧内置夹具抓件机器人(1-2)左右两侧、左后方和右后方；四个空中焊接机器人(1-3、1-4、1-5和1-6)安装在空中机器人钢结构(1-7)中部，两个为一组安装在左侧，另两个为一组安装在右侧；
中层为地面层，由内置夹具钢结构(2-1)、前侧内置夹具(2-2)、后侧内置夹具(2-3)、后围内置夹具(2-4)、后围上件7轴机器人(2-5)、五个地面焊接机器人(2-6、2-7、2-8、2-9和2-10)、后围上件放置台(2-11)、两个后围多车型内置夹具存放台(2-12和2-13)、焊钳存放台(2-14)、两个后围内置夹具定位机构(2-15和2-16)，以及后围焊钳(2-17)组成，
内置夹具钢结构(2-1)固定安装在地面上，前侧内置夹具(2-2)和后侧内置夹具(2-3)吊装在内置夹具钢结构(2-1)上，两个后围内置夹具定位机构(2-15和2-16)分别固定在内置夹具钢结构(2-1)左后方和右后方的地面上，后围内置夹具(2-4)固定安装在两个后围内置夹具定位机构(2-15和2-16)上，使其在位于内置夹具钢结构(2-1)后方；
五个地面焊接机器人(2-6、2-7、2-8、2-9和2-10)均固定安装在地面上，其中四个地面焊接机器人(2-7、2-8、2-9和2-10)以两个为一组分别安装在内置夹具钢结构(2-1)两侧，另外一个地面焊接机器人(2-6)设置在内置夹具钢结构(2-1)左后方，后围上件7轴机器人(2-5)设置在内置夹具钢结构(2-1)的右后方；
后围上件放置台(2-11)设置在后围上件7轴机器人(2-5)附近；两个后围多车型内置夹具存放台(2-12和2-13)设置在地面上，安装在内置夹具钢结构(2-1)附近；焊钳存放台(2-14)和后围焊钳(2-17)安装在后围上件7轴机器人(2-5)后方；
下层为地坑层，由地坑(3-1)、输送机构(3-2)、输送台车(3-3)、两个下夹具(3-4和3-5)与四个地坑内焊接机器人(3-6、3-7、3-8和3-9)组成；
输送机构(3-2)纵向放置在地坑(3-1)中，输送台车(3-3)安装在输送机构(3-2)上，两个下夹具(3-4和3-5)设置在输送机构(3-2)两侧，四个地坑内焊接机器人(3-6、3-7、3-8和3-9)两个一组，两组分别设置在两个下夹具(3-4和3-5)外侧。
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