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      重型載貨汽車駕駛室風窗玻璃裝配工藝的設計與應用

      放大字體  縮小字體 發布日期:2020-03-06 08:19:17    瀏覽次數:5    評論:0
      導讀

      1 前言在載貨汽車前風窗玻璃裝配過程中,常規的裝配工藝是操作人員手持打膠槍,沿著玻璃規劃的裝配曲線手動涂膠,再用玻璃吸盤將玻璃裝配到駕駛室。這種裝配工藝的膠型截面不完整,涂膠過程不能很好地連續,涂膠曲線無法與設計曲線保持完全一致,易造成密封性不良,導致駕駛室漏雨。而在轎車的風窗玻璃裝配中,為了提高生產

      1 前言

      在載貨汽車前風窗玻璃裝配過程中,常規的裝配工藝是操作人員手持打膠槍,沿著玻璃規劃的裝配曲線手動涂膠,再用玻璃吸盤將玻璃裝配到駕駛室。這種裝配工藝的膠型截面不完整,涂膠過程不能很好地連續,涂膠曲線無法與設計曲線保持完全一致,易造成密封性不良,導致駕駛室漏雨。而在轎車的風窗玻璃裝配中,為了提高生產節拍和裝配質量,通常使用機器人自動涂膠裝配工藝。本文借鑒轎車玻璃成熟的裝配工藝,實現玻璃的輸送和涂膠過程的自動化,利用輔助智能提升裝置實現玻璃的自動化裝配。

      2 工藝規劃

      根據重型載貨汽車的裝配工藝流程,前風窗玻璃需在內飾線裝配到駕駛室,因此將涂膠機規劃布置在玻璃裝配工位旁,系統主要完成駕駛室前風窗玻璃的自動涂膠,由操作人員采用智能提升裝置將完成涂膠的玻璃運送到內飾線車體正前方,并安裝到車身。前風窗玻璃的尺寸規格為2 240 mm×850 mm,質量為45 kg,其外觀如圖1所示。

      圖1 前風窗玻璃外形

      2.1 工藝過程

      充分考慮到玻璃的尺寸規格及質量等因素,裝配工藝過程采用五工位步進式自動傳送輸送型式:Ⅰ工位完成人工上件、玻璃清潔以及玻璃底涂工藝的操作;Ⅱ工位完成玻璃底涂液熱吹風;Ⅲ工位用于前風窗玻璃的自動對中、定位、類型識別、夾緊及涂膠;Ⅳ工位設計玻璃升降臺,玻璃到位后升降臺將玻璃從輸送帶及夾具上頂起,實現旋轉、翻轉,從而滿足智能輔助裝置快速搬運的功能;Ⅴ工位實現錯誤型號玻璃的搬運與移除。工藝規劃如圖2所示。

      圖2 工藝規劃圖

      2.2 工藝路線

      工藝路線由以下步驟循環進行:

      a.系統初始化正常,狀態指示燈綠燈亮,系統等待。

      b.操作人員使用智能提升輔助夾具將玻璃從料架取出放在Ⅰ工位“清潔、底涂升降旋轉臺”上,并整理,工件初定位。

      c.在Ⅰ工位,操作人員踩下腳踏開關升降旋轉臺鎖死,輸送線上第1個升降裝置自動升起將玻璃托離升降旋轉臺,玻璃可自由旋轉;操作人員可在此工位進行玻璃的清潔與底涂工作,之后,玻璃傳送至Ⅱ工位。

      d.在Ⅱ工位,采用烘干裝置將底涂完畢的玻璃烘干,之后,玻璃傳送至Ⅲ工位。

      e.在Ⅲ工位,對中裝置上的升降玻璃支柱將玻璃托起,完成玻璃的對中及夾緊后,編碼器確認玻璃型號,機器人對玻璃進行自動涂膠,后將玻璃下降至輸送線上,“升降旋轉臺”將玻璃托離輸送線至Ⅳ工位。

      f.在Ⅳ工位,“翻轉裝置”將玻璃吸起并豎直翻轉90°,然后在旋轉臺上水平旋轉180°,使玻璃與輸送線垂直,涂膠面位于輸送線一側。

      g.“智能提升裝置”由人工操作,步驟為:吊具吸取玻璃并手動調節玻璃角度→吊具移載至車體前方→吊具升降的同時對準裝配,裝配完成→吊具送回到翻轉機上方。如果玻璃型號有誤,人工將玻璃移至“錯誤玻璃導出工位Ⅴ”處,由操作人員取出。

      3 方案設計

      根據工藝規劃,玻璃涂膠系統由機器人系統、供膠設備系統、玻璃自動傳送系統、附屬設施以及控制系統組成。

      3.1 機器人系統

      系統機器人采用壁掛式KUKA工業機器人,主要由機器人本體、機器人控制柜、示教盒及供電電纜等組成。

      系統要求有涂膠程序,以及原點定位、槍嘴清膠及密封防凝固的程序,并相應配套定位指針、清膠架及防止涂膠槍頭凝固的浸油盒裝置。

      對于機器人語言程序,要求其主程序邏輯嚴密,防止機器人調用、執行某子程序過程中跳轉執行其他子程序,導致與周圍物體發生碰撞。所有子程序要自成子系統,禁止多個子程序共用另一個子程序。

      3.2 供膠設備系統

      供膠設備由雙泵供膠系統、膠泵管路加熱及溫控系統、定量泵系統、自動涂膠槍組成。

      3.2.1 雙泵供膠系統

      采用雙泵供膠,自動切換2臺泵輪流工作,保證更換膠桶時不影響生產。

      設有空膠桶報警裝置,即當其中一個膠桶無膠時發出警報,提示操作人員更換膠桶。

      3.2.2 膠泵管路加熱及溫控系統

      管路加熱系統按輸膠順序分別對管路進行加熱溫控,保證供膠順暢。輸膠管路采用電加熱,溫度連續可調,溫度控制精度為±1℃。此外,系統還應設有定時器系統,便于定時加熱。

      3.2.3 定量泵系統

      采用GRACO55加侖伺服齒輪計量泵,根據機器人擠膠槍的工作速度作自動調整以保證膠條軌跡的均勻。膠體的粘度會因溫度、剪切變薄、供應時間差異等因素而發生變化,為了補償材料粘度的變化,系統采用閉環控制的定量泵保證出膠準確,流量誤差在±0.1%范圍內。定量泵進口設有快速截斷閥裝置,可瞬時斷膠,以防止設備不涂膠時膠壓破壞定量泵。

      3.2.4 自動涂膠槍

      自動涂膠槍采用360°回轉設計,需全面解決涂膠過程中因膠槍姿態變化導致膠管與機器人摩擦造成的損壞。對應高粘度流體,其膠型為底面12 mm、高16 mm的等腰三角形。

      自動涂膠槍應斷膠干凈,同時配備按膠條形狀特制的涂層膠嘴。

      3.3 玻璃自動傳送系統

      玻璃自動傳送系統由底涂旋轉臺、烘干裝置、玻璃輸送系統、玻璃定位檢測夾具、玻璃翻轉裝置、清膠裝置、安全防護裝置組成,如圖3所示。

      圖3 傳送系統

      3.3.1 底涂旋轉臺

      底涂旋轉臺主要由轉臺、真空組件和底架構成。玻璃置于轉臺上后,踩下腳踏閥,真空吸盤工作并將玻璃固定在旋轉臺上,轉臺可自如旋轉,便于人工完成清理、涂底膠等工作。

      3.3.2 烘干裝置

      為了加快底涂的干燥,增加烘干裝置,烘干時間應滿足節拍要求。3.3.3 玻璃輸送系統

      輸送線采用皮帶結構,應防滑,并防止劃傷玻璃,可精確輸送到位;需增加張緊裝置,以增加皮帶張力。采用SMC氣缸產品,結構架選擇使用鋁合金型材。

      3.3.4 玻璃定位檢測夾具

      風窗玻璃涂膠夾具主要由對中定位裝置和真空吸盤組件構成。對中定位裝置由工件對中機構、定位支柱及工件到位開關等構成。到位開關確認工件已經到位,對中機構將工件自動對中定位,并判斷工件的類型正確后,吸盤吸住工件,機器人開始涂膠工作。

      對中機構應可實現X、Y方向上的精確定位,定位支柱應實現Z方向上精確定位;玻璃對中裝置的重復對中定位精度達到±0.5 mm;對中機構應可適應不同尺寸、不同形狀的玻璃,保證多車型柔性生產。

      3.3.5 玻璃翻轉裝置

      完成涂膠工作后,翻轉裝置將工件旋轉90°,使工件與輸送鏈垂直,然后翻轉90°,使涂膠的一面朝向涂膠機器人,方便智能提升裝置夾取。玻璃翻轉裝置及附屬設備主要由翻轉裝置和工件安置臺組成,如圖4所示。

      圖4 翻轉裝置

      翻轉裝置采用變頻調速電機實現工件的平穩翻轉,電機帶有制動器,可以立即停止。

      3.3.6 清膠裝置

      清膠裝置負責對膠嘴進行清理,防止余膠對膠嘴的堵塞及對涂膠起點、終點膠型的影響,其設備包括用于清膠的紗線、膠桶支架及盛剩余膠的桶。

      完成涂膠動作后,機器人自動清理槍嘴,保證其清潔。

      3.3.7 安全防護裝置

      安全防護系統由安全欄桿、安全門及安全光柵、安全光幕組成。安全圍欄處設置安全門,通過安全鎖與系統聯鎖,安全門被非正常打開時,系統停止運行并報警。安全光幕用于避免系統在工作時操作人員誤入工作區域可能出現的傷害。

      3.4 附屬設施

      3.4.1 玻璃自動移載、搬運、安裝系統

      安裝設備由智能提升裝置與安裝夾具組成,人工從翻轉工位吸取玻璃并拉動設備到主線車體上方,在主線上,安裝設備可隨主線一起運動,人工操作安裝設備進行玻璃的安裝,玻璃安裝完畢后,安裝設備由人工推動自動快速運行到翻轉工位,抓取下一塊玻璃實現工作循換。

      上件系統由智能提升裝置與安裝夾具組成,人工從工位器具上吸取玻璃并拉動設備到玻璃涂膠輸送系統第1工位上,依次完成搬運循環??紤]到風窗玻璃的外形尺寸較大,為了保證抓取玻璃的可靠性,將安裝夾具設計成四吸盤結構,如圖5所示。

      圖5 安裝夾具

      玻璃安裝設備上應有聲光報警裝置,報警裝置一直動作,直到玻璃安裝完畢。

      玻璃安裝設備的軌道應輕巧靈活,整套設備運行時應無阻滯,玻璃安裝時可隨行。軌道末端應設置限位開關,避免過位操作損壞設備。

      方案采用X-Y軌道搬運玻璃,高度方向采用智能提升裝置,可在任意位置停止。

      3.4.2 真空吸盤

      4個吸盤由真空發生器組件獨立控制,并附有真空檢測傳感器,同時,系統配有斷氣保護功能,避免氣路發生故障時玻璃脫落。

      每個吸盤頭部可以擺動,以適應不同規格的玻璃弧面。

      3.4.3 手動吸盤

      配備2組手動備用吸盤,共4個,吸盤規格根據玻璃的形狀和質量選擇。

      3.4.4 換桶輥道

      供膠泵上應考慮增加換桶輥道,便于膠桶的更換。

      3.4.5 手動涂膠裝置

      為避免涂膠系統出現故障造成停產,配置1臺簡易手動涂膠臺,2套型號為cox/2014的手動涂膠槍,用于手動涂膠。

      3.5 控制系統

      機器人涂膠控制系統包括站管理系統、機器人系統、供膠系統。其中站管理系統主要控制輸送、夾緊、對中、翻轉、升降、真空及安全急停裝置等。

      可編程序邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)選型為西門子S7-300系列產品,通過現場總線耦合器與整線PLC通訊。系統的啟動、停止以及暫停、急停等運轉方式均可通過操作按鈕進行控制。PLC需配置以太網模塊,以便與工廠上層控制系統進行信號交互。

      站管理系統具有玻璃類型標定功能,并可實現人工標定,以及根據生產需要增減玻璃類型代碼。

      當夾具對玻璃夾緊定位后,通過位移傳感器檢測玻璃尺寸,自動識別玻璃類型,將信息傳遞給機器人系統,機器人自動調用相應的涂膠軌跡程序進行涂膠。

      觸摸屏上顯示系統運行狀態及系統報警畫面,能夠進行故障自診斷。對于需要頻繁操作的功能另外配置操作按鈕。

      采用Rittal標準控制柜,防護等級為IP54,電氣清單見表1。

      表1 控制柜電氣清單

      4 方案應用

      4.1 工藝布局完善

      根據工藝規劃方案,充分考慮生產功能以及工藝的特殊性,項目在實施過程中對工藝布局作出優化,系統的整體輸送結構不變,對智能提升裝置的布局適當調整,將玻璃上線的智能輔助裝置設計到生產線運行方向的右側,將涂膠完成后輔助玻璃裝配的智能裝置跨越生產線,更便于生產。優化后的工藝布局如圖6所示。

      圖6 工藝平面圖

      4.2 實施效果評估

      項目實施后,駕駛室的質量合格率由75%提升到90%左右,單車裝配時間由10 min縮減至6 min,生產效率和裝配質量均大幅提高。在后續的生產中可以將玻璃裝配過程由人工輔助智能提升裝置改進為機器人自動抓取玻璃、自動裝配到駕駛室,實現玻璃自動涂膠、自動輸送、自動裝配的全過程自動化工藝要求。


       
      (文/小編)
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