自行车车架后三角实现自动化焊接的设计与仿真

2018-11-21毛现艳王海琴李颖刘月娟

科技与创新 2018年21期

毛现艳，王海琴，李颖，刘月娟

毛现艳，王海琴，李颖，刘月娟

（青岛职业技术学院，山东青岛 266555）

在制造业中，自行车生产一般经过焊接、喷涂和组装3道工序完成。其中喷涂工序基本实现了自动化作业，但焊接与组装环节大多依靠人工进行，自动化程度较低。为提高生产效率和产品质量，针对焊接流程进行设计改造，提出一套可以实现自行车车架自动化焊接的设计方案，并运用软件进行焊接过程的仿真测试验证。

车架后三角；自动化焊接；生产线布局；工艺流程

自行车不仅是一种绿色环保的交通工具，也可作为健身器材参与体育竞技运动，越来越受到人们的喜爱，需求量巨大。为提高生产效率和产品质量，本文针对焊接流程进行设计改造，提出一套可以实现自行车车架自动化焊接的设计方案，并运用软件进行焊接过程的仿真测试验证。根据制造业中工厂焊接自行车车架的实际情况，将功能性、经济性、安全性、实用性和时效性等方面作为设计原则，对自行车车架自动化焊接的实现进行方案设计。

1 生产线布局设计

自行车车架的实际结构如图1所示，其中后上叉、后下叉、勾爪与中管组成车架后三角。为实现自行车车架后三角的自动化焊接，设计其具体生产线布局如图2所示。

图1 自行车车架组成

该自行车车架自动化焊接的生产线布局由传送带1（输入传送带）、传送带2（输出传送带）、自带夹具装置的机器人1（又称抓取机器人）、自带焊枪装置的机器人2（又称焊接机器人）以及安全防护栏、控制柜等辅助装置组成。

图2 自行车车架自动化焊接的生产线布局

依据设计生产线布局，该自行车车架自动焊接生产线总共有4个工位。每一个工位的具体功能如下：①传送带1又称输入传送带，由上一道工序输入待焊接的自行车车架；②机器人1又称抓取机械手，自带夹具装置，对输入的自行车车架进行抓取、搬运、定位，起到搬运和夹具的作用；③机器人2又称焊接机器人，自带焊枪，对自行车车架后三角实现自动焊接；④传送带2又称输出传送带，对焊接好的自行车车架进行输出，进入下一道工序。

2 工艺流程设计

针对实现自行车车架后三角的自动化焊接，根据生产线布局，设计自行车车架工件的焊接工艺流程。具体焊接工艺流程如图3所示。

图3 自行车车架的自动焊接工艺流程图

其具体工艺流程为：输入传送带将待焊接的自行车车架传送到指定位置→抓取机器人用夹具对工件进行抓取、搬运和定位→焊接机器人用焊枪对车架后三角进行焊接→抓取机器人将焊接完成的车架搬运到指定位置，通过输出传送带将车架工件输出到下一道工序。

3 功能实现设计

根据总体设计方案，将整体功能分为传送和焊接2大模块，分别由2个传送带和2个机械手实现运动功能。其中，输入/输出传送带实现对自行车车架工件焊接前的输入功能和焊接后输出的传送功能，由三相异步电动机带动运行，通过带有光电传感器的PLC控制器实现传送带的运动启停及自行车车架工件在传送带上的位置控制；抓取机械手采用六自由度机器人，且机械手配置夹具，通过机器人语言在线编程实现对工件的抓取、搬运和定位；焊接机器人也采用六自由度机器人，且机械手配置焊枪，通过机器人语言在线编程实现对自行车后三角的顺序焊接。考虑自行车车架体积小、质量轻、焊接工位密集的实际特点，在实际焊接过程中对固定工件的机械手和焊接机器人采用在线编程实现交互运动的方式，避免发生焊接运动过程中的干涉现象。