CN111822917A - 一种模块化双层柔性夹具切换作业系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化双层柔性夹具切换作业系统，包括作业升降滚床、一号底层固定滚床、二号底层固定滚床、一号升降滚床、二号升降滚床、一号上层固定滚床及二号上层固定滚床；一号底层固定滚床、与二号底层固定滚床分别布置在作业升降滚床两侧，一号升降滚床设置在一号底层固定滚床与作业升降滚床之间，二号升降滚床设置在作业升降滚床与二号底层固定滚床之间，一号上层固定滚床固定在一号底层固定滚床上方，二号上层固定滚床固定在二号底层固定滚床上方；作业升降滚床底部设有滚床水平定位结构；作业升降滚床、一号升降滚床、二号升降滚床上设有升降机构，用于驱动滚轮整体升降。

Description

一种模块化双层柔性夹具切换作业系统

技术领域

本发明属于汽车焊装生产的技术领域，涉及一种模块化双层柔性夹具切换作业系统。

背景技术

汽车生产制造技术已逐步实现高度自动化，单车型生产线转变为多车型共用生产线。在50秒多生产1辆白车身总成的焊装车间，在要求多种车型排序混流生产的前提下，机器人焊接工作工位需要快速切换不同车型夹具。切换方式多为地面滑移式夹具切换，虽然结构简单，但在车型较多的情况下会出现占地面积过大，导致生产线没有足够位置安装，对于面积紧张的车间不适用。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种模块化双层柔性夹具切换作业系统，立体存放，节约面积；双向快速切换车型夹具，效率高；模块化结构，依据混流车型夹具数量和生产节拍快慢，增加配置，降低投资。

本发明通过如下技术方案实现，结合附图：

一种模块化双层柔性夹具切换作业系统，包括作业升降滚床1、一号底层固定滚床4、二号底层固定滚床5；一号底层固定滚床4、与二号底层固定滚床5分别布置在作业升降滚床1两侧且一号底层固定滚床4、作业升降滚床1与二号底层固定滚床5的滚轮平行排列；作业升降滚床1底部设有滚床水平定位结构；作业升降滚床1上设有升降机构，用于驱动滚轮整体升降。所述作业升降滚床1位于夹具切换作业系统的中心，机器人焊接作业工位。

进一步地，所述的一种模块化双层柔性夹具切换作业系统还包括一号升降滚床2及二号升降滚床3，一号升降滚床2设置在一号底层固定滚床4与作业升降滚床1之间，二号升降滚床3设置在作业升降滚床1与二号底层固定滚床5之间，且一号升降滚床2、作业升降滚床1与二号升降滚床3的滚轮平行排列；一号升降滚床2及二号升降滚床3均设有升降结构。所述的升降滚床2和3位于作业升降滚床1的左右，处于下限位置时，滚床转动将其上的车型夹具输送到作业升降滚床1上焊接作业，或者移动到底层固定滚床4和5上等待。底层固定滚床4、5位于作业滚床2、3位的左右外侧，存储利用率高的车型夹具。上层固定滚床6、7位于底层固定滚床4和5的上部，立体存储利用率相对不高的车型夹具。

进一步地，所述的一种模块化双层柔性夹具切换作业系统，其特征在于，还包括一号上层固定滚床6及二号上层固定滚床7，一号上层固定滚床6固定在一号底层固定滚床4上方，二号上层固定滚床7固定在二号底层固定滚床5上方；一号上层固定滚床6与二号上层固定滚床7高度相同，作业升降滚床1可在升降机构驱动下上升至与一号上层固定滚床6及二号上层固定滚床7等高。升降滚床2、3处于低位时，与作业升降滚床1、底层固定滚床4、5处于一个水平面，便于车型夹具在其上快速移动；升降滚床2、3处于高位时，与上层固定滚床6、7处于一个水平面，实现夹具从升降滚床到固定滚床或者从固定滚床到升降滚床的移动，完成夹具存储和作业引出。

进一步地，所述作业升降滚床1底部的滚床水平定位结构为导向圆锥销，当滚轮下降到下限位置时，通过导向圆锥销进行水平方向上的定位。作业升降滚床1处于高位时，车型夹具从升降滚床水平输送过来，夹具移动到位后，作业升降滚床1下降约80mm将夹具落在导向定位圆锥销上，实现夹具精确定位，床身上的电气快速对接单元与夹具的接口对接，实现夹具电气连接，而后机器人焊接。

进一步地，各所述滚床均包括钢结构、伺服电机、滚轮以及滚轮连接架，多个滚轮排列安装在滚轮连接架上并通过滚轮连接架固定在钢结构上，伺服电机与滚轮皮带连接，通过伺服电机驱动多个滚轮同步滚动。采用伺服电机驱动的齿轮齿条结构，具有速度快，承载高，精度高，使用寿命长等特点，实现滚床升降。

进一步地，底层固定滚床4、5具有存储功能，伺服电机通过皮带驱动包胶滚轮移动夹具。

进一步地，上层固定滚床6、7具有空间立体存储功能，与底层固定滚床一样，伺服电机通过皮带驱动包胶滚轮移动夹具。

本发明可以实现四种车型夹具的随机排序生产，夹具切换时间可达到11s，节拍分解：a.当现作业的车型夹具上的工件焊接完成后，作业升降滚床上升约80mm，费时2s；b.预作业的车型夹具由升降辊床先行移动到其上的低位置准备切换，当作业升降滚床升到高位时，水平传输现作业的车型夹具到空闲的升降辊床上，预计延迟1s后预作业的车型夹具同步传输到作业升降滚床上，费时6s；c.作业辊床高位下降到低位，将车型夹具下降到床身上的圆锥销和支撑面上定位，2s。

本发明为模块化结构，可以根据混流车型和生产节拍的不同，进行适当配置，以降低成本。需要快速切换，生产节拍快条件下，两种车型混流时，配置作业升降滚床和底层固定滚床，切换节拍10s；三种车型混流时，可以配置作业升降滚床，左右各配置底层固定滚床两个。

本发明在生产节拍相对慢的条件下，两种车型混流时，配置升降滚床、底层固定滚床和上层固定滚床，立体存储，占地面积小，但是车型夹具切换时间长，约36s；三种车型混流时，配置升降滚床、底层固定滚床2个和上层固定滚床1个，底层车型夹具切换时间为10s,切换上层车型夹具时间约36s；四种夹具混流时，配置升降滚床、底层固定滚床2个和上层固定滚床2个，底层车型夹具切换时间为10s,切换上层车型夹具时间约36s。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明提供的一种模块化双层柔性夹具切换作业系统，双层结构，立体存放，充分利用空间，节约面积；夹具基板采用矩阵安装孔，减重且具有柔性，实现多车型夹具基板的通用化；采用伺服电机驱动滚轮转动，实现其上夹具的水平双向运动；双向快速切换车型夹具，效率高；工作位置设置在底层结构上，采用升降滚床方式将车型夹具落在导向圆锥销精确定位，保证多次夹具切换的位置精度，确保机器人焊接顺利；夹具轻量化和小型化，高度尽可能低，降低成本；模块化结构，依据混流车型夹具数量，分步增加结构配置，降低投资。

附图说明

图1为本发明的一种模块化双层柔性夹具切换作业系统示意图；

图2为本发明的快节拍时两种车型夹具混流配置示意图；

图3为本发明的快节拍时三种车型夹具混流配置示意图；

图4为本发明的慢节拍时五种车型夹具混流配置示意图；

图5为本发明的慢节拍时四种车型夹具混流配置示意图；

图6为本发明的一种模块化双层柔性夹具切换作业系统平面示意图。

图中：

1-作业滚床；2-一号升降滚床；3-二号升降滚床；4-一号底层固定滚床；5-二号底层固定滚床；6-一号上层固定滚床；7-二号上层固定滚床。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

一种模块化双层柔性夹具切换作业系统，包括作业升降滚床1、一号底层固定滚床4、二号底层固定滚床5；一号底层固定滚床4、与二号底层固定滚床5分别布置在作业升降滚床1两侧且一号底层固定滚床4、作业升降滚床1与二号底层固定滚床5的滚轮平行排列；作业升降滚床1底部设有滚床水平定位结构；作业升降滚床1上设有升降机构，用于驱动滚轮整体升降。

进一步地，还包括一号上层固定滚床6及二号上层固定滚床7，一号上层固定滚床6固定在一号底层固定滚床4上方，二号上层固定滚床7固定在二号底层固定滚床5上方；一号上层固定滚床6与二号上层固定滚床7高度相同，作业升降滚床1可在升降机构驱动下上升至与一号上层固定滚床6及二号上层固定滚床7等高。

进一步地，还包括一号升降滚床2及二号升降滚床3，一号升降滚床2设置在一号底层固定滚床4与作业升降滚床1之间，二号升降滚床3设置在作业升降滚床1与二号底层固定滚床5之间，且一号升降滚床2、作业升降滚床1与二号升降滚床3的滚轮平行排列；一号升降滚床2及二号升降滚床3均设有升降结构。

进一步地，一号升降滚床2及二号升降滚床3可在其升降机构驱动下上升至与一号上层固定滚床6及二号上层固定滚床7等高。

进一步地，所述作业升降滚床1底部的滚床水平定位结构为导向圆锥销，当滚轮下降到下限位置时，通过导向圆锥销进行水平方向上的定位。

上述各滚床均包括钢结构、伺服电机、滚轮以及滚轮连接架，多个滚轮排列安装在滚轮连接架上并通过滚轮连接架固定在钢结构上，伺服电机与滚轮皮带连接，通过伺服电机驱动多个滚轮同步滚动。

本发明的工作原理为：

所述作业升降滚床1位于夹具切换作业系统的中心，机器人焊接作业工位。所述的升降滚床2和3位于作业升降滚床1的左右，处于下限位置时，滚床转动将其上的车型夹具输送到作业升降滚床1上焊接作业，或者移动到底层固定滚床4和5上等待。所述的底层固定滚床4和5位于作业滚床2和3位的左右外侧，存储利用率高的车型夹具。所述的上层固定滚床6和7位于底层固定滚床4和5的上部，立体存储利用率相对不高的车型夹具。

所述作业升降滚床1处于高位时，车型夹具从升降滚床2或者3水平输送过来，夹具移动到位后，滚床1下降约80mm将夹具落在导向定位圆锥销上，实现夹具精确定位，床身上的电气快速对接单元与夹具的接口对接，实现夹具电气连接，而后机器人焊接。

所述的升降滚床2、3处于低位时，与作业升降滚床1、底层固定滚床4和5处于一个水平面，便于车型夹具在其上快速移动；升降滚床2和3处于高位时，与上层固定滚床6和7处于一个水平面，实现夹具从升降滚床到固定滚床或者从固定滚床到升降滚床的移动，完成夹具存储和作业引出。采用伺服电机驱动的齿轮齿条结构，具有速度快，承载高，精度高，使用寿命长等特点，实现滚床升降。

所述底层固定滚床4、5具有存储功能，伺服电机通过皮带驱动包胶滚轮移动夹具。

所述上层固定滚床6、7具有空间立体存储功能，与底层固定滚床一样，伺服电机通过皮带驱动包胶滚轮移动夹具。

整个系统可以实现四种车型夹具的随机排序生产，夹具切换时间可达到11s，节拍分解：a.当现作业的车型夹具上的工件焊接完成后，作业升降滚床1上升约80mm，费时2s；b.预作业的车型夹具由升降辊床2或者3先行移动到其上的低位置准备切换，当作业升降滚床1升到高位时，水平传输现作业的车型夹具到空闲的升降辊床3或者2上，预计延迟1s后预作业的车型夹具同步传输到作业升降滚床1上，费时6s；c.作业辊床1高位下降到低位，将车型夹具下降到床身上的圆锥销和支撑面上定位，2s。

所述夹具切换作业系统为模块化结构，可以根据混流车型和生产节拍的不同，进行适当配置，以降低成本。需要快速切换，生产节拍快条件下，两种车型混流时，配置作业升降滚床1和底层固定滚床4和5，切换节拍10s；三种车型混流时，可以配置作业升降滚床1，左右各配置底层固定滚床两个。

所述夹具切换作业系统为模块化结构，生产节拍相对慢的条件下，两种车型混流时，配置升降滚床、底层固定滚床和上层固定滚床，立体存储，占地面积小，但是车型夹具切换时间长，约36s；三种车型混流时，配置升降滚床、底层固定滚床2个和上层固定滚床1个，底层车型夹具切换时间为10s,切换上层车型夹具时间约36s；四种夹具混流时，配置升降滚床、底层固定滚床2个和上层固定滚床2个，底层车型夹具切换时间为10s,切换上层车型夹具时间约36s。

实施例1

如图1所示，一种模块化双层柔性夹具切换作业系统，包括作业升降滚床1、1800mm一号升降滚床2、1800mm二号升降滚床3、一号底层固定滚床4、二号底层固定滚床5、一号上层固定滚床6和二号上层固定滚床7。A车型夹具位于作业升降滚床1上，是滚床的上限位置，在这个位置的标高，所有的滚床可以输送移动车型夹具。作业升降滚床1下降80mm,处于下限位置，落在两个圆锥销上，实现水平方向上的精确定位，而后机器人可以进行焊接。

A车型夹具向B车型夹具切换过程：机器人使用A车型夹具进行生产的同时，控制一号底层固定滚床4和一号升降滚床2水平运行的伺服电机转动，驱动滚轮顺时针转动，使得B车型夹具从一号底层固定滚床4移动到一号升降滚床2上，准备切换，预计费时6s。焊接结束后，作业升降滚床1上升80mm,大约费时2s；其上水平运行的伺服电机转动，驱动滚轮顺时针转动，使得A车型夹具从作业升降滚床1移动到二号升降滚床3上，一号升降滚床2的滚轮顺时针转动时间延迟1秒进行，使得B车型夹具从一号升降滚床2移动到作业升降滚床1上，大约费时7s；作业升降滚床1下降80mm,大约费时2s，而后机器人使用B车型夹具进行生产，夹具切换时间大约11s。

B车型夹具向C车型夹具切换过程：二号升降滚床3上升1800mm,大约费时10s；其上水平运行的伺服电机和二号上层固定滚床7的同时转动，驱动滚轮顺时针转动，使得A车型夹具从二号升降滚床3移动到二号上层固定滚床7上，大约费时6s；二号升降滚床3下降1800mm,大约费时10s；其上水平运行的伺服电机和二号底层固定滚床5的同时转动，驱动滚轮逆时针转动，使得C车型夹具从二号底层固定滚床移动到二号升降滚床3上，准备切换夹具，大约费时6s，整个准备过程合计32s。机器人使用B车型夹具进行生产结束后，作业升降滚床1上升80mm,大约费时2s；其上水平运行的伺服电机转动，驱动滚轮逆时针转动，使得B车型夹具从作业升降滚床1移动到一号升降滚床2上，二号升降滚床3的滚轮逆时针转动时间延迟1秒进行，使得C车型夹具从二号升降滚床3移动到作业升降滚床1上，大约费时7s；作业升降滚床1下降80mm,大约费时2s，而后机器人使用C车型夹具进行生产，夹具切换时间大约11s，可以满足生产节拍为44s以上的生产线要求。

只有同侧车型AC和CA，BD和DB之间切换生产时，出现一侧三个车型夹具位置占满了，而另一侧三个车型夹具位置空闲，则底层相隔的车型切换过程：焊接结束后，作业升降滚床1上升80mm,费时2s；底层滚床向一侧方向移动车型夹具，当车型夹具移动两个位置后，费时12s；作业升降滚床1下降80mm,费时2s，整个过程费时14s。而底层与上层的车型切换过程：焊接结束后，作业升降滚床1上升80mm,费时2s；中间的三个滚床向空闲一侧方向移动车型夹具，费时6s；一号升降滚床2或二号升降滚床3上的夹具移动走后，上升1800mm,费时10s；上层滚床将车型夹具移动到一号升降滚床2或二号升降滚床3上，费时6s；一号升降滚床2或二号升降滚床3下降1800mm,费时10s；中间的三个滚床向空闲一侧方向移动车型夹具，费时6s；作业升降滚床1下降80mm,大约费时2s，整个切换费时42s,故生产排序时要避免出现这种情况发生，车型夹具切换时间太长。

实施例2

如图2所示：在需要快速切换，生产节拍快条件下，两种车型混流时，配置作业升降滚床1和分别位于作业升降滚床1两侧的底层固定滚床4、5。A车型向B车型切换过程：机器人使用A车型夹具进行生产时，处于作业升降滚床1低位。焊接结束后，作业升降滚床1上升80mm到达高位,大约费时2s；三个底层滚床的滚轮顺时针转动，使得B车型夹具从底层固定滚床4移动到作业升降滚床1上，费时6s；作业升降滚床1下降80mm,大约费时2s，整个切换过程10s。反之亦然。

实施例3

如图3所示：在需要快速切换，生产节拍快条件下，三种车型混流时，可以配置作业升降滚床1，作业升降滚床1左右各配置一个底层固定滚床和一个升降滚床。A车型向B车型切换过程：机器人使用A车型夹具进行生产时，处于作业升降滚床1低位，与此同时，B车型夹具从底层固定滚床4移动到升降滚床2上，费时6s，不占用生产节拍。焊接结束后，作业升降滚床1上升80mm,大约费时2s；中间三个滚床的滚轮顺时针转动，使得B车型夹具从升降滚床2移动到作业升降滚床1上，费时6s；作业升降滚床1下降80mm,大约费时2s，整个切换过程10s。B车型向C车型切换过程：焊接结束后，作业升降滚床1上升80mm,大约费时2s；五个滚床的滚轮逆时针转动，使得C车型夹具从底层固定滚床5移动到升降滚床3、再移动到作业升降滚床1上，费时12s；作业升降滚床1下降80mm,大约费时2s，整个切换过程14s。

实施例4

如图4所示：以A车型为中心，左右对称车型排序生产为限制条件下，底层3种车型间可快速切换，切换时间最长为14s；当上层车型加入时，第一次切换时间为10s；夹具返回上层的切换长达42s，但如果下一个车型为A，则切换时间也是10s。因此，这种结构适合A车型生产量大的多车混流生产车间，可以实现5种车型混流。

实施例5

如图5所示：生产节拍慢、四种车型混流的前提下，可以配置作业升降滚床1、两个底层固定滚床4、5和两个上层固定滚床6、7，投资相对较低。底层车型夹具间切换的时间为10s；底层与上层夹具间切换的时间为36s；上层车型夹具间切换的时间为30s。

如图6所示：一种模块化双层柔性夹具切换作业系统在后地板焊接总成生产线上的应用，四台机器人在中间工位的车型夹具上进行工件焊接。

为了降低成本，地面到固定滚床上表面的高度a、固定滚床上表面到上层固定滚床钢结构的下表面的高度b以及上层固定滚床钢结构的下表面到上层固定滚床上表面的高度c要尽可能小。车型夹具尽可能小型化、轻量化。夹具基板采用矩阵安装孔，减重且具有柔性，实现多车型夹具基板的通用化。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (6)

1.一种模块化双层柔性夹具切换作业系统，其特征在于，包括作业升降滚床(1)、一号底层固定滚床(4)、二号底层固定滚床(5)；一号底层固定滚床(4)、与二号底层固定滚床(5)分别布置在作业升降滚床(1)两侧且一号底层固定滚床(4)、作业升降滚床(1)与二号底层固定滚床(5)的滚轮平行排列；作业升降滚床(1)底部设有滚床水平定位结构；作业升降滚床(1)上设有升降机构，用于驱动滚轮整体升降。

2.如权利要求1所述的一种模块化双层柔性夹具切换作业系统，其特征在于，还包括一号升降滚床(2)及二号升降滚床(3)，一号升降滚床(2)设置在一号底层固定滚床(4)与作业升降滚床(1)之间，二号升降滚床(3)设置在作业升降滚床(1)与二号底层固定滚床(5)之间，且一号升降滚床(2)、作业升降滚床(1)与二号升降滚床(3)的滚轮平行排列；一号升降滚床(2)及二号升降滚床(3)均设有升降结构。

3.如权利要求1所述的一种模块化双层柔性夹具切换作业系统，其特征在于，还包括一号上层固定滚床(6)及二号上层固定滚床(7)，一号上层固定滚床(6)固定在一号底层固定滚床(4)上方，二号上层固定滚床(7)固定在二号底层固定滚床(5)上方；一号上层固定滚床(6)与二号上层固定滚床(7)高度相同，作业升降滚床(1)可在升降机构驱动下上升至与一号上层固定滚床(6)及二号上层固定滚床(7)等高。

4.如权利要求3所述的一种模块化双层柔性夹具切换作业系统，其特征在于，还包括一号升降滚床(2)及二号升降滚床(3)，一号升降滚床(2)设置在一号底层固定滚床(4)与作业升降滚床(1)之间，二号升降滚床(3)设置在作业升降滚床(1)与二号底层固定滚床(5)之间，且一号升降滚床(2)、作业升降滚床(1)与二号升降滚床(3)的滚轮平行排列；一号升降滚床(2)及二号升降滚床(3)均设有升降结构，且一号升降滚床(2)及二号升降滚床(3)可在其升降机构驱动下上升至与一号上层固定滚床(6)及二号上层固定滚床(7)等高。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的一种模块化双层柔性夹具切换作业系统，其特征在于，所述作业升降滚床(1)底部的滚床水平定位结构为导向圆锥销，当滚轮下降到下限位置时，通过导向圆锥销进行水平方向上的定位。

6.如权利要求1至4中任意一项所述的一种模块化双层柔性夹具切换作业系统，其特征在于，各所述滚床均包括钢结构、伺服电机、滚轮以及滚轮连接架，多个滚轮排列安装在滚轮连接架上并通过滚轮连接架固定在钢结构上，伺服电机与滚轮皮带连接，通过伺服电机驱动多个滚轮同步滚动。

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