专利名称：汽车白车身前纵梁总成焊接空中输送线的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是汽车白车身前纵梁总成焊接空中输送线，属于汽车零部件制造装 备技术领域。
背景技术：
类似前纵梁产品，一般采用机器人搬运的方法实现零件在工位间的移转，比如该 产品在国外公司的45JPH生产线规划中就采用了人工及机器人搬运方案，但该方案对车 间生产面积要求比较大，约1000平方米，操作工数量多，左右分别为17人及16人，同时自 动化程度低，机器人焊接完成焊点43及45点，自动化率仅20%左右。国外类似自动化率 (70 %左右)的前纵梁焊接生产线，多数采用机器人焊接+机器人搬运，该方案占用生产面 积大，以目前前纵梁为例，如采用机器人焊接+机器人搬运，要达到24JHP产能，每条线需要 增加8台搬运机器人，系统集成将增加400万左右，费用较高，同时占地面积将增加300平 方米左右。整线设备不仅保障率难度增加，而且利用率将降低，生产保障率也随之降低。
发明内容
本发明提出的是一种前纵梁总成焊接空中输送线，其目的采用空中输送线，机器 人焊接，从而可有效地克服已有技术所存在的上述缺陷。本发明的技术解决方案汽车白车身前纵梁总成焊接空中输送线，其特征是包括 电机传动平移机构、一工位起吊机构、二工位起吊机构、三工位起吊机构、四工位起吊机构、 五工位起吊机构、六工位起吊机构、七工位起吊机构、八工位起吊机构、九工位起吊机构、钢 架结构，其中电机传动平移机构用螺钉连接在钢架结构上面；一工位起吊机构、二工位起 吊机构、三工位起吊机构、四工位起吊机构、五工位起吊机构、六工位起吊机构、七工位起吊 机构、八工位起吊机构、和九工位起吊机构分别用螺钉拧在电机传动平移机构上，连接在一 起；所述的起吊机构的结构包括滚动小车、电动葫芦、导向定位装置、吊具装置、抓手装置、 导杆装置，其中滚动小车在钢架结构中的工字钢上滚动，滚动小车用螺钉固定在平移机构 上面，电动葫芦用螺钉固定在平移机构下面，吊具装置挂在电动葫芦的挂钩上，抓手装置用 螺钉固定在吊具装置上，导杆装置分布在电动葫芦的两侧，导杆装置的导杆部分的上端用 螺钉固定在平移机构下方，导杆装置的滑动部分下端用螺钉固定在吊具装置上，导向定位 装置用螺钉固定在钢架结构中的立柱内侧；所述的电机传动平移机构的结构包括变频电动 机、链条、链轮组件、A调紧机构、A软限位、平移机构、B软限位、B调紧机构，其中链条的两 端与平移机构的两端用轴销对应连接，变频电动机、B调紧机构用螺钉固定在钢架结构的前 面；链轮组件、A调紧机构用螺钉固定在钢架结构的背面；A软限位用螺钉固定在A调紧机 构上；B软限位用螺钉固定在B调紧机构上；平移机构在钢架结构中的工字钢上。本发明的优点本输送线运用了电机传动平移机构与起吊机构组合，并配PLC控 制，左右件并行方式实现产品的可靠输送；不仅降低了工人劳动强度，而且实现了多工位一 次性自动搬运，从而使生产节拍提高了一倍。采用空中输送线，工厂高度空间将得到充分的利用，而且不会增加工厂面积。用机器人焊接+自动搬运线组合后，整线设备不仅保障率、 设备利用率提高，而且生产保障率也得到很大的提高。
附图1是前纵梁总成焊接空中输送线的结构示意图；附图2是电机传动平移机构示意图；附图3是起吊机构示意图；附图4是链轮组件结构示意图，其中图4-1是链条导向，图4-2是传动链轮；附图5是调紧机构示意图；附图6是平移机构示意图；附图7是软限位的结构示意图；附图8是抓手装置结构示意图；附图9是导杆装置结构示意图，图9-1是导杆装置的主视图，图9-2是图9_1的侧 视图；附图10是吊具装置结构示意图；附图11是导向定位装置结构示意图；附图12是输送控制原理图；附图13是本输送机的工作逻辑图。
具体实施例方式对照附图1，前纵梁总成焊接空中输送线，其结构包括电机传动平移机构1、一工 位起吊机构2、二工位起吊机构3、三工位起吊机构4、四工位起吊机构5、五工位起吊机构6、 六工位起吊机构7、七工位起吊机构8、八工位起吊机构9、九工位起吊机构10、钢架结构11。 其中电机传动平移机构1用螺钉连接在钢架结构11上面，能够节省地面占用面积，预留出 更多焊接空间，充分利用高度空间；一工位起吊机构2、二工位起吊机构3、三工位起吊机构 4、四工位起吊机构5、五工位起吊机构6、六工位起吊机构7、七工位起吊机构8、八工位起吊 机构9、九工位起吊机构10分别用螺钉拧在电机传动平移机构1上，将一工位起吊机构2、 二工位起吊机构3、三工位起吊机构4、四工位起吊机构5、五工位起吊机构6、六工位起吊机 构7、七工位起吊机构8、八工位起吊机构9、九工位起吊机构10与电机传动平移机构1连接 在一起，能够保证每个工位的单独性，可分别调整每个工位，而不受其它工位影响，保证每 个工位的同步性，便于整体调试。导向定位装置是吊具装置及抓手装置下降时的精确定位，确保输送的产品能够准 确输送到下一工位。前纵梁总成焊接空中输送线，全长46米，宽6米，输送间距为4米，零件提升高度 为2米，零件搬运时间控制在55秒之内，合理进行安全光栅的关闭及开放，在24JPH生产模 式下操作工的装夹零件时间可控制在30秒之内，操作工的负荷率为60%左右，焊接机器人 分别完成左右各205及202个焊点，按左右总焊点265个及259个计算，自动化率分别为 77%及78%，平均每个机器人焊点达到2. 83秒。实现人工搬运、半自动、全自动生产方式之 间的快速切换，充分利用车间高度空间，节约了地面生产面积。
对照图2，电机传动平移机构的结构包括变频电动机12、链条13、链轮组件14、A 调紧机构15、A软限位16、平移机构17、B软限位18、B调紧机构19、其中链条13的两端与 平移机构17的两端用轴销对应连接，变频电动机12、B调紧机构19用螺钉固定在钢架结构 11的前面；链轮组件14、A调紧机构15用螺钉固定在钢架结构11的背面；A软限位16用 螺钉固定在A调紧机构15上；B软限位18用螺钉固定在B调紧机构19上；平移机构17在 钢架结构11中的工字钢上滚动。 工作时，变频电动机12带动链条13通过链轮组件14、A调紧机构15、B调紧机构 19使平移机构17在钢架结构11中的工字钢上做前后往返运动。A软限位16、B软限位18 分别是前后停止的限位。变频电动机12能够正反转，可以实现往返运动，实现不同的运动速度，而且有抱 闸功能。链条13与链轮组件14组合，比皮带式组合稳定性好。对照附图3，所述的起吊机构的结构包括滚动小车20、电动葫芦21、导向定位装置 22、吊具装置23、抓手装置24、导杆装置25。其中滚动小车20在钢架结构中的工字钢上滚 动，滚动小车20用螺钉固定在平移机构上面，电动葫芦21用螺钉固定在平移机构下面，吊 具装置23挂在电动葫芦21的挂钩上，抓手装置24用螺钉固定在吊具装置23上，导杆装置 25分布在电动葫芦21的两侧，其导杆部分的上端用螺钉固定在平移机构17下方，滑动部 分下端用螺钉固定在吊具装置23上，导向定位装置22用螺钉固定在钢架结构中的立柱内 侧。工作时，电动葫芦21吊上吊具装置23及抓手装置24沿着导杆装置25作上下运动，电 动葫芦21上升到位是通过吊具装置23上的行程开关来停止，电动葫芦21下降到位是通过 导向定位装置22上行程开关来停止。滚动小车20带动平移机构上的电动葫芦21，吊具装 置23，抓手装置24，导杆装置25在钢架结构中的工字钢上做前后往返运动。使用电动葫芦21可便于PLC控制，同步性好，结构简单。对照附图4，链轮组件的结构包括小销轴26，导向滑轮27，小支架28，大销轴29，链 轮30，大支架31，其中链条导向和传动链轮都用螺钉固定在钢架结构11上，链条导向在传 动链轮前面起导向作用，使链条平稳传输到链轮上。A调紧机构15、B调紧机构19能够调整链条的松紧，防止链条脱离链轮。对照附图5，调紧机构的结构包括A顶针32，A链轮33，滑块34，B顶针35，A销轴 36，链轮箱37，B链轮38，B销轴39，其中A顶针32左端用螺钉固定链轮箱37上，右端顶住 滑块34左端，B顶针35右端用螺钉固定链轮箱37上，左端顶住滑块34右端，滑块34用A 销轴36连接在链轮箱37两侧的滑槽里，A链轮33装在A销轴36的轴承上，B链轮38用B 销轴39连接在链轮箱37的下端。工作时，转动A顶针32或B顶针35，顶住滑块34在链轮箱37两侧的滑槽里来回 滑动，滑块34带动A销轴36上的A链轮33移动，这样就可以调整链条的松紧，不会因为链 条太松而脱齿，太紧而卡齿。变频电动机用螺钉固定在钢架结构的前面，可提高工作稳定性，方便控制线布置。平移机构在钢架结构中的工字钢上滚动，滚动摩擦比滑动摩擦小，需要的动力也 小，滚动方式在工字钢上比较好实现，工字钢的承重力强。对照附图6，平移机构的结构包括连接器40，平衡杆41，承重杆42，其中承重杆42很长(40米)，不容易加工，被分为七段分别加工，再由六个连接器40分别连接起来，平衡杆 41有九根，平均分布在承重杆42的内侧，平衡杆的一端用螺钉固定在承重杆42上，平衡杆 的另一端在钢架结构11中的槽钢上滚动，九根平衡杆41保持承重杆42平稳运动。A软限位、B软限位分别是对平移机构前后停止的限位，由于平移机构重，停止后 缓冲力大，采用一般的限位就会对变频电动机产生很大的反作用力，影响变频电动机寿命； 而软性限位能化解这种缓冲力，很好的保护电机。软限位有自我保护功能，超过一定的缓冲 距离后，会自动报警，保证定位的精确性。
位块45、连接板46、其中气缸43 用螺钉固定在调紧机构上，A限位块44用螺钉固定在气缸43的活塞杆上，B限位块45用螺 钉固定在连接板46上，连接板46用螺钉固定在平移机构上，工作时，平移机构到位停止后， 实际是变频电动机停止转动，而平移机构会受惯性作用，还会继续向进运动，这时平移机构 上的B限位块45会顶住气缸43的活塞杆上A限位块44，使气缸43的活塞杆回缩，平移机 构惯性力会漫漫减小，当气缸43的压力大于平移机构惯性力时，气缸43就会推动平移机构 返回原位，保证定位的精确性；如果气缸43的活塞杆回缩到底时，气缸43的压力还小于平 移机构惯性力，不能推动平移机构返回原位，就需要调整气缸43的气压来增加压力，而气 缸43的压力必须小于平移机构上的B限位块45顶住气缸43的活塞杆上A限位块44时的 惯性力，否则就会对变频电动机产生很大的反作用力，影响变频电动机12寿命。对照附图8，抓手装置的结构包括A转动支架47、A气缸48、A气缸转动支架49、B 气缸50、B气缸转动支架51、抓手52，B转动支架53，其中A气缸转动支架49用螺钉固定在 吊具装置上，A气缸转动支架49 一端用销轴与A气缸48连接，A气缸转动支架49另一端用 螺钉固定在抓手52的中间位置，A转动支架47和B转动支架53 —端都用螺钉固定在吊具 装置上，另一端分别用螺钉固定在抓手52两端，B气缸转动支架51用螺钉固定在吊具装置 上，B气缸转动支架51 —端用销轴与B气缸50连接，B气缸转动支架51另一端用螺钉固定 在抓手52另一侧的中间位置。工作时，A气缸48带动A气缸转动支架49，A转动支架47， B转动支架53转动，并使抓手52的一侧也跟着转动，B气缸50带动B气缸转动支架52转 动，使抓手52的另一侧也跟着转动，实现抓紧松开动作。抓手装置专为前纵梁总成产品设计的抓具，结构轻巧，可靠性高。对照附图9，导杆装置结构包括上升到位停止支架54，A导杆55、上升到位行程开 关56、A滑动导杆57、B滑动导杆58、B导杆59、其中A导杆55和B导杆59分布在电动葫 芦的两侧，并用螺钉固定在平移机构下方，A滑动导杆57和B滑动导杆58用螺钉固定在吊 具装置上，上升到位停止支架54在A导杆55左边，并用螺钉固定在平移机构下方，上升到 位行程开关56用螺钉固定在A滑动导杆57的上端。工作时，电动葫芦带动吊具装置上升 运动时，吊具装置上A滑动导杆57和B滑动导杆58会沿着A导杆55和B导杆59向上滑 动，当上升到位行程开关56碰到上升到位停止支架54时，电动葫芦停止运动，电动葫芦带 动吊具装置下降运动时，吊具装置上A滑动导杆57和B滑动导杆58会沿着A导杆55和B 导杆59向下滑动，当吊具装置碰到导向定位装置上的行程开关时，导杆装置在电动葫芦做 上下运动时起导向作用，还能防止吊具装置及抓手装置摆动幅度过大。对照附图10，吊具装置结构包括A定位销60，A吊环61、吊杆62、B吊环63、B定 位销64、其中A定位销60和B定位销64分布在吊杆62的两端，并用螺钉固定在在吊杆62两端的销孔里，A吊环61和B吊环63用螺钉固定在在吊杆62上，工作时，电动葫芦21的 吊钩挂在A吊环61和B吊环63里带动吊杆62作上下运动，下降到位的精确定位是靠A定 位销60和B定位销64保证实现的。吊具装置是电动葫芦和抓手装置中间的连接结构，同 时也兼具着上升到位和下降到位的限位功能。
对照附图11，导向定位装置结构包括支架65，A导向板66、缓冲器67、B导向板68、 C导向板69、孔定位支架70、行程开关71、定位块72、其中支架65用螺钉固定在钢架结构 中的立柱内侧，A导向板66、B导向板68、C导向板69分别用螺钉固定在支架65的前端，缓 冲器67在A导向板66和B导向板68的中间，并用螺钉固定在支架65上，定位块72在缓 冲器67的一侧，并用螺钉固定在支架65上，孔定位支架70在定位块72的一侧，并用螺钉 固定在支架65上，行程开关71在孔定位支架70的一侧，并用螺钉固定在定位支架70上， 工作时，吊具装置及抓手装置下降时，由A导向板66、B导向板68、C导向板69三个方向导 向，使吊具装置上的A定位销60和B定位销64准确进入孔定位支架70里，当吊具装置落 到定位块72时，也刚好碰到行程开关71时，电动葫芦停止工作。导向定位装置是吊具装置及抓手装置下降时的精确定位，确保输送的产品能够准 确输送到下一工位。对照附图12，本系统采用欧母龙可编程控制器(CSlH)实现对系统的高速，精度的 最优化控制。从信息网络到元件网络支持三层网络间的无缝信息通信，促进现场的信息化， 对机械设备实现远程监控。总线DeviceNet兼容多种元件，提供了结构化，简单化的标准开 发软件，DeviceNet总线具有生产和启动以及操作和维护上的优势；NS可编程终端可实时 对系统的全面监控和操作。可编程控制器通过编程对机器人，夹具以及输送机构进行运行控制，控制过程参 见逻辑控制图13。整体输送线运动过程一工位起吊机构2、二工位起吊机构3、三工位起吊机构4、四工位起吊机构5、五工 位起吊机构6、六工位起吊机构7、七工位起吊机构8、八工位起吊机构9、九工位起吊机构10 中的9个电动葫芦上的吊具装置及抓手装置同时下降，直到全部降到一工位 九工位上的 导向定位装置后到位停止，所有吊具装置上抓手装置开始抓一工位夹具 九工位夹具上的 产品，全部抓紧到位后，一工位起吊机构 九工位起吊机构上的吊具装置上抓手装置在电 动葫芦的作用下，沿着导杆装置上升，全部上升到位后，平移机构17上连接的一工位起吊 机构 九工位起吊机构的电动葫芦，吊具装置，抓手装置，导杆装置，在变频电动机的作用 下，前进4米(分低速，高速，低速三段)，到位后，一工位起吊机构 九工位起吊机构上的抓 手装置开始下降，分别降到二工位 十工位上的导向定位装置上，全部到位停止后，一工位 起吊机构 九工位起吊机构上的抓手装置开始打开放件，把一工位 九工位上的产品分别 放在二工位 十工位上，抓手装置全部打开到位后，一工位 九工位上的吊具装置及抓手 装置在电动葫芦的作用下，沿着导杆装置上升，全部上升到位后，平移机构17上连接的一 工位起吊机构 九工位起吊机构的电动葫芦，吊具装置、抓手装置、导杆装置、在变频电动 机的作用下，后退4米(分低速，高速，低速三段)，到位停止。汽车白车身左右前纵梁总成产品的特点是总成零件重量重，左右件分别达到22 公斤及21. 46公斤；结构长度长2. 046米。零件组合多，左件由23个冲压件及7种标准件组成，右件由22种冲压件及5种标准件组成，零件装夹防错难度大。零件装配关系以垂直装配为主。零件生产节拍要求高每天的平均需求量为354至394套，也就是每个小时产量 应在18套以上，如考虑最大需求，设计产量应在每小时22套以上。对于零件重量重、结构 长度长和生产产量高等状况，如果采用传统的人工搬运装夹零件，操作工的工作强度就非 常大，体力上不能满足产量要求。
权利要求
汽车白车身前纵梁总成焊接空中输送线，其特征是包括电机传动平移机构、一工位起吊机构、二工位起吊机构、三工位起吊机构、四工位起吊机构、五工位起吊机构、六工位起吊机构、七工位起吊机构、八工位起吊机构、九工位起吊机构、钢架结构，其中电机传动平移机构用螺钉连接在钢架结构上面；一工位起吊机构、二工位起吊机构、三工位起吊机构、四工位起吊机构、五工位起吊机构、六工位起吊机构、七工位起吊机构、八工位起吊机构、和九工位起吊机构分别用螺钉拧在电机传动平移机构上，连接在一起；所述的起吊机构的结构包括滚动小车、电动葫芦、导向定位装置、吊具装置、抓手装置、导杆装置，其中滚动小车在钢架结构中的工字钢上滚动，滚动小车用螺钉固定在平移机构上面，电动葫芦用螺钉固定在平移机构下面，吊具装置挂在电动葫芦的挂钩上，抓手装置用螺钉固定在吊具装置上，导杆装置分布在电动葫芦的两侧，导杆装置的导杆部分的上端用螺钉固定在平移机构下方，导杆装置的滑动部分下端用螺钉固定在吊具装置上，导向定位装置用螺钉固定在钢架结构中的立柱内侧；所述的电机传动平移机构的结构包括变频电动机、链条、链轮组件、A调紧机构、A软限位、平移机构、B软限位、B调紧机构，其中链条的两端与平移机构的两端用轴销对应连接，变频电动机、B调紧机构用螺钉固定在钢架结构的前面；链轮组件、A调紧机构用螺钉固定在钢架结构的背面；A软限位用螺钉固定在A调紧机构上；B软限位用螺钉固定在B调紧机构上；平移机构在钢架结构中的工字钢上。
2.根据权利要求1所述的汽车白车身前纵梁总成焊接空中输送线，其特征是链轮组件 的结构包括小销轴、导向滑轮、小支架、大销轴、链轮、大支架，其中链条导向和传动齿轮都 用螺钉固定在钢架结构上，链条导向在传动链轮前面起导向作用，使链条平稳传输到链轮 上。
3.根据权利要求1所述的汽车白车身前纵梁总成焊接空中输送线，其特征是调紧机构 的结构包括A顶针、A链轮、滑块、B顶针、A销轴、链轮箱、B链轮、B销轴，其中A顶针左端 用螺钉固定链轮箱上，右端顶住滑块左端，B顶针右端用螺钉固定链轮箱上，左端顶住滑块 右端，滑块用A销轴连接在链轮箱两侧的滑槽里，A链轮装在A销轴的轴承上，B链轮用B销 轴连接在链轮箱的下端。
4.根据权利要求1所述的汽车白车身前纵梁总成焊接空中输送线，其特征是平移机 构的结构包括连接器、平衡杆、承重杆，其中承重杆被分为七段分别加工，再由六个连接器 分别连接起来，平衡杆有九根，平均分布在承重杆的内侧，平衡杆一端用螺钉固定在承重杆 上，平衡杆另一端在钢架结构中的槽钢上。
5.根据权利要求1所述的汽车白车身前纵梁总成焊接空中输送线，其特征是抓手装置 的结构包括A转动支架、A气缸、A气缸转动支架、B气缸、B气缸转动支架、抓手，B转动支 架，其中A气缸转动支架用螺钉固定在吊具装置上，A气缸转动支架一端用销轴与A气缸连 接，A气缸转动支架另一端用螺钉固定在抓手的中间位置，A转动支架和B转动支架一端都 用螺钉固定在吊具装置上，另一端分别用螺钉固定在抓手两端，B气缸转动支架用螺钉固定 在吊具装置上，B气缸转动支架一端用销轴与B气缸连接，B气缸转动支架另一端用螺钉固 定在抓手另一侧的中间位置。
6.根据权利要求1所述的汽车白车身前纵梁总成焊接空中输送线，其特征是导杆装置 结构包括上升到位停止支架、A导杆、上升到位行程开关、A滑动导杆、B滑动导杆、B导杆， 其中A导杆和B导杆分布在电动葫芦的两侧，并用螺钉固定在平移机构下方，A滑动导杆和B滑动导杆用螺钉固定在吊具装置上，上升到位停止支架在A导杆左边，并用螺钉固定在平 移机构下方，上升到位行程开关用螺钉固定在A滑动导杆的上端。
7.根据权利要求1所述的汽车白车身前纵梁总成焊接空中输送线，其特征是吊具装置 结构包括A定位销、A吊环、吊杆、B吊环、B定位销，其中A定位销和B定位销分布在吊杆的 两端，并用螺钉固定在吊杆两端的销孔里，A吊环和B吊环用螺钉固定在吊杆上。
8.根据权利要求1所述的汽车白车身前纵梁总成焊接空中输送线，其特征是软限位包 括气缸、A限位块、B限位块、连接板，其中气缸用螺钉固定在调紧机构上，A限位块用螺钉固 定在气缸的活塞杆上，B限位块用螺钉固定在连接板上，连接板用螺钉固定在平移机构上。
全文摘要
本发明是汽车白车身前纵梁总成焊接空中输送线，其特征是包括电机传动平移机构和一工位起吊机构至九工位起吊机构、钢架结构，其中电机传动平移机构用螺钉连接在钢架结构上面；一工位起吊机构至九工位起吊机构分别用螺钉拧在电机传动平移机构上，将一工位起吊机构至九工位起吊机构与电机传动平移机构连接在一起。优点本输送线运用了电机传动平移机构与起吊机构组合，并配PLC控制，左右件并行方式实现产品的可靠输送；降低了工人劳动强度，实现多工位一次性自动搬运，使生产节拍提高了一倍；采用空中输送线，使工厂高度空间得到充分的利用，空中搬运输送线与机器人组合后，使设备保障率和设备利用率及整体安全性都有大的提高。
文档编号B62D65/18GK101863295SQ201010191650
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月1日 优先权日2010年6月1日
发明者姜典宝, 孙淑霞, 尹福刚, 张青亮, 徐旭明, 朱麟, 潘方尔, 王大明, 王诗恩, 王超宇, 石致冰, 褚卫东, 黄显锋 申请人:南京叁迪焊接设备有限公司