一种汽车玻璃PVC自动包边设备的设计

邓朝结

摘 要：本论文结合汽车曲面玻璃有特殊的曲面，通过深入的分析与研究，设计了一种机械臂汽车玻璃PVC自动包边设备，能够提高设备加工的稳定性，提高加工效率，并能减少设备加工的工件动平衡性能对设备加工精度的影响。

关键词：汽车玻璃；PVC；自动包边设备；

Abstract： This issue has a special combination of car curved glass surface， through in-depth analysis and research， we designed a manipulator auto glass PVC automatic wrapping device to improve the stability of processing equipment， improve processing efficiency and reduce processing equipment influence of processing equipment accuracy workpiece balancing performance.

Keywords ： Auto glass； PVC ；automatic wrapping equipment；selection

1.前言

汽车曲面玻璃有特殊的曲面，使得对于该曲面边界的高精度包边加工存在一定的难度。机床设备的静态性能和动态性能，包括机床的刚度、定位精度、稳定性等，都会对汽车玻璃包边加工的加工产生很大影响。立足于现有的汽车玻璃PVC自动包边设备，避免了传统玻璃包边设备的一些不足和劣势，经过了深入的分析與研究，提出一种机械臂汽车玻璃PVC自动包边设备，通过机械臂，能对不同形状和尺寸规格的汽车玻璃进行拾取，对汽车玻璃进行安装定位，检测需要进行包的边界，对汽车玻璃边界可以进行PVC包边处理等。

2.传动方案的确定

汽车玻璃曲面构造独特，曲面复杂，且加工精度要求高。对其进行PVC包边加工时，采用将汽车玻璃固定在工作台上，加工机构沿着玻璃边沿移动，用加热后的PVC包边条对汽车玻璃进行塑形包边加工，从完成对曲面玻璃的包边加工。若采用传统模具进行汽车玻璃包边，由于加工过程中汽车玻璃需要进行长时间固定，等待PVC冷却塑形，加工时间长所需温度过高，对环境要求高，加工效率低。针对以上不足，提出了一种机械臂汽车玻璃PVC自动包边加工设备，采用机械臂环绕加工的方法，对不同形状和尺寸规格的汽车玻璃进行PVC塑形包边。

设计一台汽车玻璃PVC自动包边设备，包括执行机构、工具系统、定位系统和控制系统等，设备有效操作空间。

机械臂汽车玻璃PVC自动包边加工设备初步方案：机械手A通过真空吸盘对不同形状和尺寸规格的汽车玻璃进行拾取和释放，通过天车轨道运动至工作台上方，工作台通过液压缸阵列的升降和真空吸盘对曲面玻璃进行夹紧固定。固定后，机械臂B控制包边机构，依靠各传感器，围绕汽车玻璃外檐精确移动，对汽车玻璃进行PVC塑形包边。考虑到设备的加工效率，可以安装多个机械手A，减少安装和释放的时间间隔，提高工作效率。整体方案如图1所示。

3.总体方案的设计分析以及优化

初步设计方案有以下不足之处：

（1）虽然该设备可以实现对不同形状和不同尺寸规格汽车玻璃的PVC塑形包边，但是，包边材料的选择对加热装置的选择的影响很大，从而影响整体结构。

（2）对于设备数据库内没有的玻璃型号，机械臂B无法进行快速加工。

针对以上不足，经改善后提出以下方案：

进给系统改善方案：包边材料采用PVC包边条。并建立数据库采集和对比程序，在加工的同时进行采集和对比工作，从而采集本型号汽车玻璃数据或调用同型号汽车玻璃数据。

4.主要零部件的设计

根据包边设备对机械臂的要求，确定机械臂的运动形式为关节型，采取步进电机驱动，传动机构采用齿轮传动和同步带传动。

4.1机械臂A的设计

步进电机没有反馈也能够控制相应的位置和速度；具有一定的自锁能力和保持扭矩能力。位置误差不会积累，有助于控制系统的定位。

该轴应选用材料为45号钢（组合一）。

（4）第四关节的轴设计

机械臂A的第四关节和第一关节基本一致。该轴应选用材料为20号钢（组合一），许用剪切应力的系数为C=74.1。

机械臂B各轴设计的设计与上相似，这里就不一一列举。

4.4机械臂材料选择

臂部要具有较高的刚度。为了防止在运动过程中机械臂的手臂可能产生过大的变形，要合理的设计手臂的截面形状。常见的手臂截面有工字型和槽型。通过计算结果的分析，机械臂A靠近第一关节处受力最大，通过比较确定机械臂截面形状为工字型的，选择机械臂材料：45号钢。

4.5玻璃包边机构的设计（机械臂B的机械手）

根据汽车整体设计的需要，除前门玻璃和后门玻璃以外，其他的汽车玻璃都需要进行塑性包边加工。玻璃进行塑性包边后，外观会更好，密封性也会得到加强，同时也能够降低风噪。

通过对几种包边方式的分析比较，结合本设备的要求，初步采用机器人滚轮包边。参考KUKA工业包边机器人，设计原理图，如图4所示

驱动轮1带动PVC包边条从左上侧进入加热机构，PVC包边条在加热机构中加热到一定温度后，驱动轮2带动已经加热完成的PVC包边条送出加热机构，进行包边。右侧包边机构的前轮起导向作用，后轮将加热好的PVC包边条固定在汽车玻璃上，压紧。考虑到汽车玻璃表面灰尘问题，可以再前轮前面加一个除尘装置，提高包边质量。

5、总体设计

CATIA软件以其强大的曲面设计功能而在飞机、汽车、轮船等设计领域享有很高的声誉。CATIA的曲面造型功能体现在它提供了极丰富的造型工具来支持用户的造型需求。比如其特有的高次Bezier曲线曲面功能，次数能达到15，能满足特殊行业对曲面光滑性的苛刻要求。通过软件主要完成了主要零件的建模，包括机械臂A，机械臂B，底座，工作台等，最后形成总装图。

6.总结

本文针对汽车曲面玻璃的特殊性及对包边设备的特殊要求，结合现有的包边设备的不足，提出了一种机械臂汽车玻璃PVC自动包边加工设备，采用机械臂环绕加工的方法，对不同形状和尺寸规格的汽车玻璃进行PVC塑形包边，并介绍了重零部件的设计过程，利用CATIA软件进行三维造型形成总体装配图

参考文献：

[1]帕姆利 （Robert O.Parmley P.E.） （编者）， 邹平（译者）. 机械设计零件与实用装置图册. 机械工业出版社，2013.

[2]杨良渠，杜力. 包装机械原理与设计. 西南交通大学出版社，2014.

[3]高德. 包装机械设计. 化学工业出版社， 2005.

[4]詹熙达. CATIA V5R20快速入门教材. 机械工业出版社， 2015.