基于数字化工厂的车门自动化焊装线设计与仿真

基于数字化工厂的车门自动化焊装线设计与仿真

庞小伟,李明智 ,刘海波,鲁传亚 ,季鹏

合众新能源汽车有限公司 浙江 嘉兴 314500

摘要：在新一轮科技革命和产业变革的影响下，我国制造业正朝着数字化与智能化方向不断发展，而汽车制造业作为先进制造业的典型代表，有着产业链庞大、涉及领域广的特点，对企业所在地区各行业的发展、增加就业率和拉动经济发展有着重要的作用。近几年我国汽车行业迅速发展，车企之间竞争激烈，为满足市场对汽车更新换代的需求，数字化工厂技术应运而生，为汽车制造与设计提供了便利，有效减少前期规划与设计周期，加速产品推向市场，降低生产成本。目前国内数字化工厂技术已应用于点焊、弧焊、激光焊、涂胶和压边等多方面。基于此，对基于数字化工厂的车门自动化焊装线设计与仿真进行研究，以供参考。

关键词：数字化工厂;工艺过程建模;焊装生产线

引言

熔接痕设计过程繁琐，熔接设备制造周期长且成本高。汽车焊接线路的高效可靠设计已成为汽车行业的一个紧迫问题。随着制造技术和软件系统的不断发展和研究，数字工厂技术应运而生。此技术可用于流程模拟、人机工程学模拟、离线编程等。，验证并优化工艺，设计高质量的自动化焊接线。它为制造商和供应商提供了一个统一的数据平台，涵盖信息制造和及时交流的所有方面。

1数字化工厂技术

数字化工厂技术是数字化虚拟制造与计算机仿真互相结合的技术，是实现数字世界和物理世界深度融合的有效途径。它围绕着产品、资源和工艺展开，利用计算机辅助技术将产品数字化，搭建虚拟的制造环境，在虚拟空间中对产品的设计、工艺及制造进行仿真、分析和优化，主要包括:产品设计数字化、制造环境数字化、制造过程数字化、产品模型数字化和过程管理数字化等几个方面。

2数字化工厂建模　

数字工厂技术可以模拟计算机上的真实工厂环境，并根据实际大小和规模将所有车间资源放置在虚拟软件环境中。预先确定每个工作站的数字模型、焊接点、焊枪和设备结构后，各种资源将输入到软件中。机器人点焊站数字化工厂建模遵循以下过程:①根据焊接的初始工艺规划、布置和分布建立点焊站仿真模型；②定义各种参数，如焊接参数和工艺参数；③根据计划计划，创建sop ( sequenceofoperations)工作区的操作顺序图，在sop中运行仿真模型。如果发生结构性干扰、速度超时、机器人不可用等情况。，则必须修改和优化平面，例如更改法兰结构、更改焊接枪、调整机器人、优化轨迹、重新分配焊接点等。计划验证后，机器人必须进行编程和调试。机器人编程分为教学课程和离线课程。远程教学编程要求调试工程师使用连接到现场机器人控制面板的远程教学箱，在机器人旁边执行教学，并在将程序写入机器人存储库之前多次优化路径。离线编程包括在数字factory模型中应用olp模块、在软件中预先计划路径、定义每个焊接点的焊接参数，以及在校准和消除错误后将其导入到自动机的操作中。与演示编程相比，离线编程具有以下优点:①编程不影响机器人的操作，减少了机器人停机时间；②改善编程工作环境，工程师可置身危险工作环境之外；③促进CAD/FAO/robot ics一体化；④通过数字工厂的技术验证，能够对复杂的工作路径进行编程，能够提高程序的准确性和可靠性。rob CAD离线编程通过RRS协议与机器人RCS建立通信，并实现二者之间的离线程序接口。RCS生成的脱机程序的格式为。pe，其中代码为ascii。但是，实际环境中的机器人只能使用文件。tp以二进制代码编写，数据格式的转换必须由rj转换器执行，才能在机器人上运行生成的脱机程序。

3工艺设计及产线布局

基于生产节拍、自动化程度及工艺书等指导性文件，能够快速将产品数据与制造特征、设备资源和工艺操作联在一起。产品和焊点通过Weld模块建立联系;采用操作树及资源树双胞胎结构节点，创建产线PrLine及工位PrStation结构，并通过命令将双胞胎结构中生产线或工位按要求进行同步命名;按照工艺规划方案的上件顺序将零件拖拽到相应操作树上实现产品与工艺操作的关联;在焊点布局时综合考虑工位节拍、焊接强度及可达性，将可以使用相同焊枪焊接的焊点划分为一组，并拖拽到指定的焊接操作上，完成焊点分配。焊点分组完成后要进行焊钳选型，以确定焊钳的最小数量，确定焊钳的形式(X形、C形)、喉深、开档、行程和电极形状等。最后按照初步工艺规划的CAD图纸和厂房的三维激光点云数据，将数据库中的资源(如工装夹具、工业机器人、焊钳等)以可视化形式展现并进行合理布局，实现二维平面到三维立体布局的转化，使之构成一个符合企业生产经营要求的有机整体，并支持仿真验证。

4包边自动焊的设计

门包络后，需要正确焊接包络位置的几个点，以避免长期使用门后内外板定位不正确。为了提高自动化程度，容器边缘搭接焊接还采用电气控制控制的自动焊接，考虑到设备故障时的手动焊接。包络后的附加焊缝点为4点，因为它不属于结构焊缝点，强度要求不高，在此处，它用两个焊缝夹连续连接，每个焊缝夹连接到一根电缆，只有上部电极供电，焊缝夹通过的端口连接在一起 下部电极固定且不通电，车门a面无痕迹，因此内外板可以焊接在一起，外观质量得到保证。 固定的铜排可以根据整个平台的布局灵活排列，从变压器的入口端指向自动焊接夹具附近，然后使用空的冷电缆连接到焊接夹具。固定铜排应包在防水防火带上，以避免短路。在操作过程中，拧紧两个焊接夹中的一个，只操作电极，另一个必须处于打开状态，才能使焊接机器通电，在焊接后打开，然后焊接另一个夹。为了防止电极磨损过快，降低修理频率，下部电极采用W6Mo5Cr4V2高速钢作为材料，进行热处理，使硬度达到HRC60-65，并在外壳稳定后进行非常精细的轧制。

5焊接路径规划与仿真

每个焊接工位分有很多个焊点，要使焊接过程有序、高效地进行就必须合理规划焊点的焊接顺序，在不影响焊接精度的情况下，一台机器人要焊接的位置点间距应尽可能小，减少焊钳的姿态调整和进出焊接的次数，降低干涉风险和对节拍的影响，尤其当同一工位有两个及以上的工业机器人同时进行焊接操作时，要避免焊接任务区交叉导致机器人相互干涉，此外应均衡焊接任务保证产线节拍要求。工位的节拍取决于焊接用时最长的机器人焊接时间，最优的焊接路径是机器人以最短的时间能完成焊接任务的路径。软件中建立焊接路径有手动创建和自动生成两种方式，手动创建的方式要有一定的焊装工艺经验，按着焊接过程合理安排焊接起始点、结束点和过渡点，当焊枪经过过渡点时就会进行姿态调整，以保证最佳的姿态进行焊接。自动生成的路径要求提前设置干涉检测区域，计算机会自动规划一条认为最优的路径，自动避开夹具及工件的干涉，但生成路径后需要手动调整部分不合理的路径点及添加过渡点，一般使用两者结合的方式进行路径规划。

6拼台工作原理

包装机出口机构将整个门传递给运输机构。门会沿皮带自动运输，并在接触到固定块后自动下降。下降检测后，法兰自动拧紧，然后其中一个工人自动焊接窗框。同时，自动焊接自动完成两组焊接点，另一组将两个枢轴加载到枢轴放置工具上，按下按钮，枢轴机构滑动到位，手动完成螺栓装配。两人完成后，按按钮打开装置，升降结构和下部直线机构在整个过程中自动排列顺序，只需要窗框焊接、铰链安装、离线移动和简单操作。

结束语

我国汽车产业的快速发展、汽车产业的激烈竞争和制造技术是当今汽车产业的核心竞争力之一。Co-5金刚石电机股份有限公司的目标是，汽车工业自主设计功能在汽车汽车汽车的开发和优化方面积累更多经验，同时大力开发新产品。由于公司门焊缝为60. JPH高速频率，每增加一辆汽车，就会建造一个车间，利用车间的空间和能量，随着公司模式的发展，车间空间有限，工艺规划有限，满足了车辆尺寸、质量和容量的要求，对车辆制造商构成了巨大的挑战。

参考文献

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