生產(chǎn)裝備RODUCT0NEQ UMENT高速輸送設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計摘要:在自動化焊裝生產(chǎn)線上集成應(yīng)用高速輸送設(shè)備對降低焊裝生產(chǎn)輔助時間及生產(chǎn)成本具有重要意義。闡述了高速輸送設(shè)備的組成和關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)，以及優(yōu)化設(shè)計方法,內(nèi)容涉及高速滾床的節(jié)拍分析、運(yùn)動速度的優(yōu)化分配、運(yùn)動過程的伺服控制及運(yùn)動規(guī)律曲線的優(yōu)化設(shè)計等方面。關(guān)鍵詞:高速輸送設(shè)備自動化 白車身焊裝線中圖分類號:U463.82.05.文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B■一汽模具制造有限公司吳國峰艾學(xué)崇尚校高速輸送設(shè)備在自動化焊裝線上主要是用來柔性隨行夾具.進(jìn)行白車身在焊裝工位間的快速精確地傳輸,其傳輸速度直接影響生產(chǎn)節(jié)拍、傳輸精度也會影響到白車身的焊接質(zhì)量。高速傳輸對降低焊裝工位輔助時間、提高有效生產(chǎn)時間縮短生產(chǎn)線長度等具有重要意義。對于年綱領(lǐng)20萬輛以上的焊裝生產(chǎn)線，工件傳輸時間約占總節(jié)拍的10%,高速傳輸高速滾床意味著可降低焊裝線的工位輔助時間,有效焊接時間得到提升,焊接機(jī)器人數(shù)量得到減少,焊裝生圖1高速輸送設(shè) 備的組成產(chǎn)線的長度縮短,從而有效節(jié)約工裝成本投人及1.1 柔性隨行夾具單車的焊接成本。柔性隨行夾具是實(shí)現(xiàn)白車身在生產(chǎn)線工位間傳送的載體,其上的功能部件可實(shí)現(xiàn)對白車身產(chǎn)1高 速輸送設(shè)備的組成品的定位夾緊功能，可以保證白車身在傳輸過程焊裝線高速輸送設(shè)備主要由柔性隨行夾具和中的位置精度。在生產(chǎn)線補(bǔ)焊工位可以替代地板高速滾床及電氣控制系統(tǒng)組成,見圖1。柔性隨夾具對白車身進(jìn)行定位。行夾具在高速滾床上通過摩擦滾輪產(chǎn)生的摩擦1.2 高速滾床力進(jìn)行高速傳輸。高速滾床上的電機(jī)帶動皮帶高速滾床是實(shí)現(xiàn)隨行夾具攜帶白車身在工位來驅(qū)動滾子轉(zhuǎn)動。電氣控制系統(tǒng)通過伺服控制間進(jìn)行傳輸?shù)妮斔托?。它中吸動漆輪總?圖2)、中國煤化工系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對滾床傳輸?shù)奈恢镁群蛡鬏斔俣鹊能囆妥R別單單元、舉升動精確控制。DHCNMHG力總成(圖3,以又伴但采出成。68汽車工藝與材料AT&M2014年第5期.生產(chǎn)裝備RODUCT0NEQUMENT齒形帶傳動軸組件2高速滾床設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)高速滾床具有傳輸速度快、停止精度高的特點(diǎn),主要通過以下技術(shù)實(shí)現(xiàn)對滾床運(yùn)動系統(tǒng)的優(yōu)化控制。減速器輸送框架電機(jī)2.1運(yùn)動速度的優(yōu)化分配技術(shù)圖2驅(qū)動滾輪總成根據(jù)實(shí)際工況.相鄰工位間的總傳輸距離為減速器.6m(圖6),輸送時間小于6s。輸送時間T=加速傳動軸時間+勻速時間+減速時間。建立輸送設(shè)備的動力學(xué)模型(圖7),進(jìn)行設(shè)備運(yùn)動過程的靜態(tài)響應(yīng).南分析和運(yùn)動停止后的殘余振動分析。帶輪圖3舉升動力總成。60001.3 電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)根據(jù)輸送工藝要求的硬件部分4 900包括:控制系統(tǒng)(PLC)、安全控制系統(tǒng)、變頻器驅(qū)動圖6相鄰2 個工位輸送滾床的平面布置系統(tǒng)(總線模板( Profibus DP)、接口模板(SSI))、射頻識別系統(tǒng)( RFID)和讀碼器(WCS)等。硬件控制na圖見圖4。廠SEW編碼器EF現(xiàn)場總線. MDX61B{70上位機(jī)PLCBTG血工高速滾床上編碼圖7動力學(xué)模型尺的讀碼器(SSI)信號格式輸出滾床傳輸主要分為3個階段:加速階段、勻速圖4硬件控制圖階段、減速階段。若要在盡量短的時間內(nèi)走完6m根據(jù)所生產(chǎn)的不同車型和生產(chǎn)節(jié)拍的快慢要的距離,同時減小減速階段的殘余振動,則需在加求確定電氣軟件控制方案(圖5),電氣控制系統(tǒng)可速度允許的范圍內(nèi),盡量縮小加速階段的時間,使實(shí)現(xiàn)自主調(diào)節(jié)運(yùn)動規(guī)律和在線設(shè)定控制參數(shù)，以滾床傳輸在最短的時間內(nèi)達(dá)到電機(jī)允許的最大傳實(shí)現(xiàn)高速度、高精度的穩(wěn)定傳輸。輸速度。這樣就可以為減速階段分配盡可能多的時間,從而大大減小傳輸設(shè)備的殘余振動，提高設(shè)回-0vr備的定位精度。如何對加速勻速和減速時間進(jìn)- wm行分配是此項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)。根據(jù)高速滾床的加速度、速度、位移的函數(shù)分析得出:IPOS tPC;}o-[]:?-[上-Q(V. =a1 =a2{2n=2T-二-12O-T=1,+中國煤化工2S _T:TYHCNM HG'm圖5 電氣軟件控制方案2014年第5期汽車工藝與材料AT&M| 69生產(chǎn)裝備RODUC0NEQUIPMENT其中,a為加速時的加速度;為加速時間;r為勻響(圖11)。速運(yùn)動時間;a為減速時的加速度;h為減速時間;[勻速時間太短，導(dǎo)致電機(jī)散熱時間不夠,S為總行程;T為運(yùn)動總時間。- -般不按短時過載計算速度-時間曲線見圖8。從上面的關(guān)系式和圖8可以看出，勻速階段需要的時間與滾床的傳大廣時間輸位移、電機(jī)允許的最大轉(zhuǎn)速、滾床運(yùn)行的總時節(jié)拍裕量太小，導(dǎo)致電機(jī)散熱時間不夠，間有關(guān)。要給減速階段分配更多的減速時間,在一般不按短時過載計算滾床的傳輸位移和運(yùn)行的總時間確定的情況下，圖11速 度-時間曲線應(yīng)盡量提高電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)速。加、減速階段2.2運(yùn)動過程 的伺服控制技術(shù)的時間與滾床勻速階段運(yùn)行的最大速度和加速在實(shí)際工況下,一般要求質(zhì)量為2.5 t的隨行度有關(guān)。夾具在6s的時間內(nèi)輸送6m的距離,并且重復(fù)定位精度<0.2mm,因此對滾床運(yùn)動過程的伺服控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵。高速滾床采用位置編碼器加編碼尺對高速滾床的運(yùn)動位置進(jìn)行實(shí)時反饋,通過變頻器控制電機(jī)來驅(qū)動滾輪實(shí)現(xiàn)對隨行臺車的速度及位置的精1s時間/s確控制。在輸送設(shè)備上布置高精度的位置檢測裝圖8速度-時間 曲線置(圖12),將位置編碼系統(tǒng)的各種信息輸送到變，加速度a值是受限的,隨行夾具和滾床包膠輪頻器的特殊編碼器里,通過軟件編程對變頻器的的最大摩擦系數(shù)8直接影響a值的選擇,通過拉力特殊功能進(jìn)行二次程序開發(fā);通過PLC控制系統(tǒng)測量試驗(yàn)得到8值,見圖9、圖10。讀取編碼器的信息，反饋給變頻器,再通過變頻器垂直力傳感器控制電機(jī)速度,以達(dá)到自動輸送設(shè)備的高速傳輸壓力F"、和精確定位。水平力傳感器載安裝板拉力F+模擬隨行夾具材料槽快鎖口彈簧鎖舌-讀碼器動力傳動裝置支持力F000圖9測定裝置示意圖四[速度:1.5 m/sk為直線的斜率員| r為包膠輪半徑圖12位置檢測裝置,08=kxr控制系統(tǒng)對變頻器的設(shè)計要求:利用變頻器壓力F、的擴(kuò)展單元,變頻器的3個功能擴(kuò)展接口模板為:圖10測定數(shù)據(jù)分析電機(jī)編碼器數(shù)據(jù)模板、SSI 及Profibus DP。接口模根據(jù)T、S、V和a的信息,可以按照以上所板將電機(jī)編碼巽數(shù)據(jù)梢板5伺昭由機(jī)編碼器進(jìn)行中國煤化工述的設(shè)計原則設(shè)計出理想的運(yùn)動規(guī)律曲線,但同連接電機(jī)D.HCNMHG饋給變頻器,時要注意勻速時間和輸送節(jié)拍對電機(jī)使用的影實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的電壓大重控利。控利沉程見圖13。70| 汽車工藝與材料AT&M2014年第5期生戶裝備P RODUCTL0 NEQU1IPMEN可以發(fā)現(xiàn)加速度和扭矩存在突變點(diǎn),即隨行夾具[開始在高速輸送的過程中,由于加速度的突然變化導(dǎo)越>手動<值致滾輪與滾床框架受到較大的沖擊,產(chǎn)生噪聲,加，自動位置.速度設(shè)定轉(zhuǎn)大滾床的殘余振動。同時,變頻器輸出電流的突然變化也影響了高速滾床的定位精度。為減小此| 電機(jī)運(yùn)行||電機(jī)運(yùn)行|外部編碼器值折算沖擊引起滾床的殘余振動,提高滾床的定位精度,到電機(jī)內(nèi)部脈沖數(shù).. 外部編碼.N對速度-時間曲線及電流-時間曲線進(jìn)行了設(shè)計優(yōu)實(shí)際值一目標(biāo)值化,見圖17.圖18。電機(jī)停止 r[結(jié)束1.01圖13控制流程從控制流程圖可以分析出,變頻器在啟動、加速、平穩(wěn)運(yùn)行、減速、停止階段都能夠得到精準(zhǔn)的0123456時間/s速度反饋信息,解決本方案對變頻器系統(tǒng)的高速圖15加速度-時間 曲線度傳輸功能。通過WCS采集的實(shí)時位置信息直接反饋給變頻器,變頻器根據(jù)反饋信息確定了位置00 F編碼的具體位置,通過擴(kuò)展模塊(DFP11B)設(shè)置50 F100FProfibusDP的從站與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊,由PLC實(shí)時接收變頻器中的編碼器信息、位置編碼信息,經(jīng)過CPU邏輯運(yùn)算.將控制指令通過ProfibusDP總線傳輸至變頻器執(zhí)行。變頻器在接受到啟動指令時間1s后,根據(jù)IPOS程序(圖14)自動運(yùn)算4個階段的系圖16扭矩-時間曲線統(tǒng)參數(shù),完成滾床高速輸送和精確定位功能。2.01.5-國o.s-圖17速度-時間曲線8t6-”圖14變頻器的IPOS 程序2.3運(yùn)動規(guī)律 曲線的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)圖18.電流-時間 曲線中國煤化工根據(jù)速度-時間曲線繪制加速度-時間曲線在加速0HCNMH(酒數(shù)進(jìn)行圓滑(圖15)和扭矩-時間曲線(圖16),從圖15、圖16中過渡,并且盡重延長域速P「反的時同,這樣可以大2014年第5期汽車工藝與材料AT&M| 71.生產(chǎn)裝備PRODUcTIONE QUIPMEN T大減小滾床在運(yùn)行過程中的沖擊和慣性力。但.間,經(jīng)歷了完全國外引進(jìn)、國外設(shè)計國內(nèi)制造、國是,利用正弦函數(shù)對加速度曲線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,在內(nèi)自主設(shè)計制造等三個階段的發(fā)展,技術(shù)水平已達(dá)到與梯形曲線同樣大小的最大速度幅值時,相獲得了飛速提升，部分關(guān)鍵部件的技術(shù)性能指標(biāo)應(yīng)地需要加速度幅值變大,或者延長加速時間段已接近國際先進(jìn)水平,高速輸送設(shè)備作為自動化的時間,這樣就會減小減速階段的時間,從而加大焊裝生產(chǎn)線的重要組成部分,已實(shí)現(xiàn)了完全自主減速階段的幅值。再根據(jù)給定的V、T、S的信息，設(shè)計并制造,其較高的傳輸速度和停止精度可以重新規(guī)劃加速階段、勻速階段、減速階段的時間分滿足自動化焊裝線的實(shí)際需求。高速輸送設(shè)備的配,得到最佳的運(yùn)動規(guī)律設(shè)計。自主研發(fā),推動了國產(chǎn)自動化裝備技術(shù)水平的提升,為自主汽車事業(yè)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。匱3結(jié)束語我國汽車焊接自動化生產(chǎn)線在過去的20年(上接第67頁)運(yùn)輸?shù)胶秆b車間PC區(qū)的轉(zhuǎn)運(yùn)工位器具。運(yùn)輸路下個件的存放，,此類工位器具多用于頂蓋,前途較遠(yuǎn),主要考慮單件或者總成件在運(yùn)輸過程中后底板等工位。其優(yōu)點(diǎn)為不需要人工進(jìn)行支撐桿避免磕碰、劃傷等,使裝卸件方便、提高工作效的手動翻轉(zhuǎn),提升了工作效率并消除了安全隱患。率。選擇方法同專用工位器具。旋轉(zhuǎn)式工位器具是通過工位器具的旋轉(zhuǎn),使5結(jié)束語站在踏臺上就可以完成取件工作,相對升降機(jī)構(gòu)成本低很多,且方便實(shí)用,但需注意上下工位之間工位器具的合理選擇和靈活運(yùn)用,使焊裝車取放件的操作高度差。該方式工位器具多用于主間物流配送準(zhǔn)時、準(zhǔn)確、準(zhǔn)量及合理有效;提高了線區(qū)域、側(cè)圍區(qū)域等踏臺較高的工位。焊裝車間物流轉(zhuǎn)運(yùn)效率,降低了操作者勞動強(qiáng)度,懸臂式分層工位器具制作簡單,可分層擺放，改善了車間的工作環(huán)境。工位器具的通用化、規(guī)存放件數(shù)量多,需注意對零件的限位,防止轉(zhuǎn)運(yùn)過范化,對焊裝車間實(shí)現(xiàn)整體物流配送、柔性化生程零件滑落。多用于加強(qiáng)梁類零件轉(zhuǎn)運(yùn)。產(chǎn)、生產(chǎn)效率提高、生產(chǎn)成本降低起到至關(guān)重重要4.3通用工位器具選擇作用。通用料車可用于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較好的零部件的轉(zhuǎn)參考文獻(xiàn):運(yùn)，且可在新老車型替換時通用。[1]柏杰,陸薇,黃杰,等.神龍汽車有限公司物流技術(shù)應(yīng)用通用料架主要用于PC區(qū)尺寸較小零件、標(biāo)準(zhǔn)[J]工業(yè)工程與管理, 2000(2):49 -53.件、低值易耗品等的存放,分層擺放,充分利用立.[2]朱峰,李建江.淺談工位器具的設(shè)計方法[]工程機(jī)械，2009(6).體空間,提高物流區(qū)域空間利用率。通用料箱也主要用于PC區(qū)零部件的存放,質(zhì)[3]楊慶宏.工位器具在單體液壓支柱大修中的應(yīng)用[].機(jī)械量大于15kg或零件尺寸(單方向)大于600mm的[4]馮琴.工位器具的作用及實(shí)施要點(diǎn)[]摩托車技術(shù),2002研究與應(yīng)用, 2006(2).建議使用鐵料箱。(11).中國煤化工4.4外委工位器具選擇YHCNMHG 圜外委工位器具是外委廠家將單件或者總成件72| 汽車工藝與材料AT&M2014年第5期