编程式自动化车门多点涂胶装置及技术的研发与应用

摘 要：在汽车车身制造行业，为降低车门钣金之间在行驶过程中产生振动和噪声，往往需要在内外板间进行多位置涂上减震胶，提高行驶舒适性。本文主要提出一种编程式自动多点涂胶装置，即能满足快速对多点位置精确涂胶，又能满足涂胶量、涂胶一致性稳定的研发方案。分别详细阐述了装置设计方案、技术方案、工作原理及应用效果。

关键词：多级多点涂胶 低成本 高效率 研发 应用

1 绪论

在汽车车身制造过程中，车门涂减震胶是必要工艺。车门外板与内加强板间存在一定的间隙，行车中会因振动产生严重噪音，因此需要在车门外板与内加强板之间增加减震胶。减震胶经过涂装车间烘干设备加热后固化，可以减弱行车中的振动和噪声，提高舒适性。

车门减震胶根据车门形状、大小分布，一般单个车门或车盖减震胶点数在25-50点。生产涂胶工艺要求涂胶量均匀、涂胶位置一致性高，才能保证减震胶发挥良好的减震性能。

我公司车身车间结合近几年在涂胶工艺的实际生产经验，已成功地将单人单点涂胶，改进为单人多点涂胶，后又改进为整体可调节式涂胶工艺，逐步提升了涂胶效率和涂胶质量。每次涂胶工艺的改进效果显著，如图1。其良好的推广性也快速推广到其他车型，和其他基地车身车间。（图1）

目前车身车间使用的多点涂胶工具多为整体可调节式涂胶装置。它可以实现一次完成车门外板所有减震胶的涂胶。这种涂胶装置目前使用平衡器来吊装，通过钢丝绳连接在平衡器上。

在操作过程中，需要两名员工同时拉动涂胶装置到合适的涂胶位置后，按着涂胶工具不晃动的同时再去按涂胶按钮。首先，平衡器的钢丝绳在下降过程中晃动幅度比较大，涂胶装置可能会碰伤员工，存在着较大的安全隐患；另外，每次涂胶都是员工手动拉下来，无法保证每次的涂胶位置的一致性，造成涂胶不均匀；此外，现场需要两名员工操作，效率比较低。为了消除涂胶过程中的安全隐患和少人化工艺的优化，我们设计了一种编程式自动化车门多点涂胶装置和系统，该技术通过逻辑编程和感应信号将涂胶动作全流程编制到PLC程序，通过一键启动涂胶按钮，实现装置的涂胶。

2 涂胶装置研发

2.1 设计方案

根据车间生产现场的多点涂胶现状及生产问题，车身团队自主设计制作一种编程式自动化车门多点涂胶装置。该装置依靠气缸驱动和辅助导向实现上升和下降，依靠激光雷达和安全锁紧机构关联PLC程序实现涂胶过程对员工的安全保护；员工通过一键涂胶启动按钮实现多点涂胶工具的自动升降。

本装置主要由程序控制系统、升降机构、安全机构、涂胶枪盘、涂胶泵5大部分组成，如图2。

五大机构组成部分的功能：

（1）程序控制系统：负责接收各种感应信号并给出动作指令，是实现该装置自动涂胶的控制系统。

（2）升降机构：负责涂胶胶盘做上升和下降运动，是动力源。

（3）安全机构：负责涂胶装置在涂胶过程对员工的保护，主要有激光雷达和锁紧机构；锁紧机构：负责涂胶机构上升到位后的自锁，防止因自身重力导致机构坠落。

（4）涂胶枪盘：负责完成在零件上的涂胶，根据零件涂胶点数设计枪盘。

（5）涂胶泵：减震胶存储器。

该自动多点涂胶装置的完整动作流程图如下图3：

固定式的升降机构，在节约了场地的同时使得多点涂胶工具下降时不再晃动，提高涂胶质量和精度，提高了生产效率，缩减了生产成本，还对应地降低工作强度和减少工作人员。

2.2 技术方案

本自动涂胶装置和技术经过生产验证，能够将目前涂胶中遇到的难题一一解决。

（1）该装置利用固定式气缸连接，实现多点涂胶装置高精度定位，涂胶质量稳定。

（2）设计PLC联锁和安全联锁，员工可以一键实现多点涂胶装置的升降，既保护了员工免受伤害又提高了生产效率。

（3）通过PLC编程实现一键启动完成涂胶操作，涂胶实现自动化，减少一个操作工人。

（4）自制成本低，寿命长，结构简单，便于日常维护、维修，制造成本低。

（5）多级多点涂胶、效率高，比单点涂胶工具提高数十多倍，适合大批量生产。

下面分别介绍该自动涂胶装置的几大组成部分。

（1）程序控制系统：负责接收各种感应信号并给出动作指令，是实现该装置自动涂胶的控制系统。电控系统主要由控制系统台、PLC远程控制柜、控制按钮、电气控制、检测开关等组成。

（2）升降机构：负责涂胶胶盘做上升和下降运动，气缸是动力源；举升机构的辅助导向有导向轴和导轨两种形式。

（3）安全机构：负责涂胶装置在涂胶过程对员工的保护，主要有激光雷达和锁紧机构；雷达对涂胶区域进行安全扫描，达到全方位安全保护功能；锁紧机构负责涂胶枪盘上升到位后的自锁，防止因自身重力导致机构坠落；二者联合使用消除人工操作涂胶机所存在的安全隐患。

自锁机构主要由摆臂、自锁气缸等组成。其中，气缸是自锁机构的动力源；气缸伸出，摆臂关闭，锁死上升到位时的涂胶机构；气缸缩回，摆臂打开，才允许涂胶机构做下降运动；它防止涂胶机构在高位时的突然坠落，对其正下方的操作工人具有重要的保护作用。

（4）涂胶枪盘：负责完成在零件上的涂胶，根据零件涂胶点数设计枪盘。涂胶机构主要由涂胶框架、涂胶多级管路、定位销、检测开关、蓄胶盒等组成。

①涂胶框架安装在举升机构下方，随其做升降运动；

②涂胶多级管路是减震胶的通道，根据零件上的涂胶点数和位置进行分级合理布置；确保管路不干涉；涂胶多级管路安装在涂胶框架上；涂胶管路为多级管路：Ⅰ级、Ⅱ级。

③3个定位销，与涂胶拼台的定位销孔相配合使用，确保涂胶点位置的一致性；

④蓄胶盒为多级蓄胶盒：Ⅰ级、Ⅱ级。Ⅰ级蓄胶盒内的胶通过Ⅰ级涂胶管路到达Ⅱ级蓄胶盒，之后，Ⅱ级蓄胶盒内的胶通过Ⅱ级涂胶管路到达最终涂胶位置。涂胶管路和蓄胶盒数量根据实际情况设计和调配。

（5）涂胶泵：减震胶存储器。

（6）涂胶拼台：零件在这个拼台完成涂胶。拼台上的定位销孔与涂胶机构中的定位销配合使用，确保该装置落位的精度和一致性；

涂胶拼台主要由底板、支基单元、定位销孔、折边胶枪、检测开关、皮带、电机、举升机构、举升气缸等组成。

①此拼台是实现零件涂胶的工位。

②定位销孔与涂胶机构上的定位销配合使用，确保涂胶机构落位一致性；

③折边胶枪装有其到位的检测开关，当工人拿起折边胶枪完成涂折边胶的工作后，放回折边胶，检测开关检测到胶枪，此时工人按下拼台的控制按钮，自动涂胶机构才开始下降；确保操作员工的安全；

④底板上安装有数套支基单元。支基单元对零件起支撑定位和限位的作用；对零件进行涂胶；

⑤涂胶完成后，员工进行多点涂胶的质量自检；

⑥自检完成后，员工将内板焊接总成放到外板上，举升气缸带动举升机构和皮带将零件托起，然后电机启动，带动皮带进行传动，将零件传到下一工位；举升机构下降到位。此为一个工作循环。

2.3 工作原理

2.3.1 多点涂胶量定时自动控制

本机构采用可编程控制器自动控制电路，实现涂胶定时控制功能，同时可根据现场环境温度的变化由触摸屏授权写入符合出胶量的自动控制时间值，取代了操作工人靠经验值调节出胶量的弊端，使多点涂胶机实现标准化工作，从而使每个操作循环只需按一次涂胶启动按钮，同时保障每个工件涂胶量一致。当有人为触发安全系统时，为有效控制涂胶质量，特别增加了涂胶过程中一键返回功能，提高了安全系数及故障响应时间。

2.3.2 多点涂胶机实现自动升降

本机构采用可编程控制器自动控制电路，实现涂胶机自动升降功能，取代了操作工人靠人力拉动平衡器来拖动涂胶机升降的弊端，同时使多台涂胶机实现标准化工作，而每个操作循环只需按一次涂胶启动按钮便可自动完成一个循环工作，提高了设备稳定性和安全系数及故障响应时间。

2.3.3 多点涂胶机安全防落控制

本机构采用可编程控制器自动控制电路，实现防落夹具自动控制，使多点涂胶机实现高位重力势能被有效锁定功能，消除了员工在涂胶机下方操作所存在的高风险作业，提高了多点涂胶机安全系数。

3 横向对比、应用案例

SGMW车身用过的涂胶方式有三种：

（1）单向涂胶工具，一次只完成一点涂胶，每涂一点耗时6秒，且没有胶量调节阀；单向涂胶工具结构示意图见图1。使用时，将涂胶枪出口安装到M36螺母一端，控制涂胶枪使胶液顺着Φ6不锈钢管出来，进行涂胶。

缺点：由于一次只能涂一点，所以可能造成涂胶点间距不均匀、涂胶量不均匀；缺少单管出胶量调节阀无法对涂胶出胶量进行调整，工作效率低等问题。

（2）单阀多点涂胶工具。使用时该涂胶工具M36螺母扭接到胶枪上，控制涂胶枪使胶液顺着设计管路出来，实现一次完成多点的涂胶；增加了调节阀，可以对涂胶出胶量的大小进行调整，涂胶量均匀；不同管组间距通过Φ6加强管进行固定限位，保证每次涂胶点间距均匀。

缺点：此设备只能实现局部范围内一定数量的涂胶点，同时涂胶位置通过人工方式，目测实现，重复一致性较差。

（3）多阀多点涂胶工具，设有多个阀，根据需要可设数十个涂胶点，并且涂胶量可调节。缺点：多阀多点涂胶工具，能满足大批量高节拍的生产要求，但涂胶位置一致性较差；此类工具随着车门外板尺寸增大而相应增大，工人在操纵体积庞大重量较重的涂胶工具进行涂胶时，不符合高节拍下的人机工程，进而影响到多点涂胶工具的应用。

4 应用效果

该自动化多点涂胶装置已成熟应用在公司350P/PS、E10门盖焊装生产线上。

（1）该装置的应用减少了人工拖动平衡器的动作，提高了生产效率。共计节约操作时间：5秒/台。

（2）确保涂胶一致性和稳定性，达到涂胶工艺要求，涂胶精度及质量合格率由85%提升95%以上。

（3）涂胶工具通过多级调节阀，可根据实际生产情况随时调节出胶量，避免或减少施胶量过多和过少，减少了零件的故障率和返修率，降低了生产用胶成本。

经过数据统计单台节约胶量：20g/台。

（4）整套机构所使用材料为普通钢管和内六角螺栓，采购方便，制造成本低廉，便于广泛使用，同时由车间员工主导设计制造，省去了外包设计与加工制造费用，相对于购买自动涂胶设备节约大量资金。

（5）本装置可以根据不同车型的车门零件的形状和涂胶点数进行装置的设计和涂胶管路的分级分点布置，在后续新项目的设计中，该结构得到很好的应用与推广。

5 结语

本文主要介绍了，一种车门自动多点多位置精确定位同步涂胶机构的设计方案、技术方案、工作原理及应用对比，主要解决单人多位置车门涂胶、涂胶不均、涂胶效率低、涂胶质量一致性差问题。

该装置结构简易，制造成本低廉，便于广泛使用，实现了单人多点多位置同步涂胶，涂胶质量一致性精度稳定，生产运行效率高，设备问题少，维护简单。

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