燃油分配管机器人自动装配生产线的研制* 沈立红 王阳明 上海大学机械电子工程与自动化学院 上海 200072 摘要 燃油分配管是电喷汽车发动机上的重要零件 采用钎焊工艺制造生产 燃油分配管机器人自动装配 生产线是针对上海大众三种车型 2VGS 2VQS B5 车用燃油分配管而开发研制的,自动完成三种产品钎焊前 预固定装配 自动上胶等工作,其装配精度: 0.1mm 生产节拍 100S/每件 关键词: 燃油分配管 自动装配 机器人 0 前言 随着汽车数量的逐年增长 环境污染日趋严重 我国在 96 97 年颁发了强制性排放法规 因 此相应的新技术--电控喷射发动机技术得到了迅速的发展 在轿车上电控喷射发动机已完全取代了 传统化油器式发动机 燃油分配管是将电控喷射发动机上燃油电磁控制阀与发动机连接的重要零件 受发动机的结构 约束 对于不同种车型 机型有不同种复杂结构 而且该零件装配精度 密封性要求较高 目前该 零件多为进口件 在国内还处在小批量单工位或手工制作阶段 要保证产品的生产一致性以及形成 一定的生产能力 就需要有一条定位精度高 重复精度高 工作节拍快的生产线 多数燃油分配管采用钎焊工艺制造生产 由于焊件加热温度低 因此零件的组织及机械性能变 化小 变形小 接缝光滑平整 工件尺寸精确 采用钎焊炉生产时效率高 但是这种生产方式要求 有较高的预固定装配精度 燃油分配管机器人自动装配生产线就是针对上海大众三种车型 2VGS 2VQS B5 车用燃油分配管进行零件自动预固定装配 自动上胶等工作,保证产品质量及精度要求 其装配精度: 0.1mm 生产节拍 100S/每件 1 总体方案的确定 1.1 确定各零件预固定方式 燃油分配管是连接电喷发动机燃油电磁控制阀 压力调节阀并使其安装在发动机上的零件 其 内部介质为汽油 为保证喷油器座内部配合尺寸精度及形状公差要求 喷油器座与燃油分配管间采 用铆接工艺连接 燃油分配管与压力调节阀座以及与各支架 进 回油管间采用电阻 凸 焊工艺 连接 1.2 确定生产线工位数 上海大众 2VGS 2VQS B5 三种形式燃油分配管其总管分别为小方形 大方形 圆形 分别有两 个不同冲压结构的安装支架板 压力调节阀座凸焊或铆接在总管端部 各进 回油管为空间不规则 * 2002 上海工业基金会资助 2358A 形状与总管的安装角度 方位各不 2 相同 因此生产线布置了 9 个工位 喷油器座铆接工位 安装 支架板双头凸焊工位 压力调节阀座卧式凸焊工位 铆接工位 各进 回油管凸焊工位 铆接工位 上铜胶工位 生产线全长 19 m, 其布局如图所示 2 技术关键 开发燃油分配管生产线的技术关键是 实现多品种共线生产问题 保证定位精度达到产品 质量要求 喷油器座铆接工位 采用将三种不同形式的总管 以总管喷油器座孔定位 放在传送链上 传 送链自动将总管送到由伺服电机控制的托板上 由伺服电机控制各的装配铆接位置 其精度为 0.02mm 后续工位均以喷油器座孔为定位基准 因此喷油器座孔的位置精度将决定最终产品精度 该工位三种产品的不同喷油器座的铆接位置由伺服电机控制 且精度满足产品图纸要求 更换生产 产品时只需切换程序 安装支架板双头凸焊工位 三种产品均有两个支架板 两个转臂机械手分别从两个凸轮分度回 转上料盘上抓取零件 放入双头凸焊机的夹具中 因此该工位三种产品精度由夹具精度及汽缸限位 保证 更换生产产品时需更换凸焊夹具 调整转臂机械手转臂尺寸 压力调节阀座卧式凸焊工位 燃油管与压力调节阀座卧式凸焊 上料位置精度由 PLC 控制电机 实现 产品精度由夹具精度保证 更换生产产品时需更换凸焊夹具 进 回油管凸焊 铆接工位 该工位采用 6 轴机器人其手臂上装有两种形式夹爪 在将燃油管 从线体上抓取放入凸焊夹具后 换取手臂夹爪 再从已精确定位进 回 油管的凸轮分度回转盘上 抓取进 回 油管 装配到燃油管上 装配公差为 0.05-0.1mm 该工位一个机器人完成三个工位的 装配工作 产品精度由夹具精度保证 更换生产产品时需更换凸焊夹具 并切换机器人操作程序 上铜胶工位 该工位采用 6 轴机器人 完成三种产品在铆接 焊接接缝处的曲线 弧线上铜胶 工作 更换生产产品时切换机器人操作程序 整条生产线控制系统由六个以 PLC 为核心的控制单元组成 控制单元之间用高速 RS 485 工控 网络连接并可直接和工厂管理网络相连 上位控制器负责把燃油管的各种信息下传并通过网络收集 各个工位的状态信息 下位控制器完成各个工位具体的装配工作并通过网络协调各自工作 每个工 位的各种信息都可经过该网络实现共享 并通过网络协调工位的装配工作 在人机界面上 根据工位布置了三个触摸式液晶显示器 每个显示器上详细显示相应工位的工 作状态 故障信息 故障解除方法并可进行各种参数设置以及工位各个分解动作的手动操作 以使 人机界面更加友好并能显示更多信息 3 创新点 1 整条生产线的控制结构采用 CC LINK 现场总线和高速 RS 485 网络联成的以集散控制技 术和网络通信技术为核心的控制系统 提高了系统的信息传递量 系统可靠性和可扩性 硬件模块 化的设计 提高了产品的适应性和可维护性 软件的模块化设计 提高了响应速度 提高了可读性 和产品的系列化能力 触摸屏全屏幕中文显示的操作方式 提供良好的人机界面 2 伺服电机 机器人程序的模块化结构 以及自动焊接夹具采用了模块化的结构设计方法 实现了多产品共线生产 3 燃油分配管机器人自动装配生产线对于精度要求的高的喷油器座采用冷铆压加工方法 其 余各零件采用凸焊连接 保证了零件装配尺寸及形状公差要求 4 开发了具有故障自检和纠错功能的系统软件包 利用了接近 光电 机械接触等多种形式 传感器的信号融合技术 可对系统的质量控制和安全防护实施自动监控 参考文献1王生洪 龚振邦 王世萍 电子设备机械设计 西北电讯工程学院出版社 1986 2 龚振邦 陈守春 伺服机械传动装置 北京 国防工业出版社 1980 3 郭中阳 汽车电子技术 哈尔滨 哈尔滨工业大学出版社 1993 4 华晓青 等 八音琴机芯自动装配线中的产品输送及定位 机电一体化 2001 年第 2 期 作者简介 沈立红 女1962 年生 高级工程师 研究方向为自动化装备技术 物流技术 王阳明 男1969 年生 副教授 研究方向为机器人技术 自动化装备技术
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燃油分配管机器人自动装配生产线的研制* 沈立红 王阳明 上海大学机械电子工程与自动化学院 上海 200072 摘要 燃油分配管是电喷汽车发动机上的重要零件 采用钎焊工艺制造生产 燃油分配管机器人自动装配 生产线是针对上海大众三种车型 2VGS 2VQS B5 车用燃油分配管而开发研制的,自动完成三种产品钎焊前 预固定装配 自动上胶等工作,其装配精度: 0.1mm 生产节拍 100S/每件 关键词: 燃油分配管 自动装配 机器人 0 前言 随着汽车数量的逐年增长 环境污染日趋严重 我国在 96 97 年颁发了强制性排放法规 因 此相应的新技术--电控喷射发动机技术得到了迅速的发展 在轿车上电控喷射发动机已完全取代了 传统化油器式发动机 燃油分配管是将电控喷射发动机上燃油电磁控制阀与发动机连接的重要零件 受发动机的结构 约束 对于不同种车型 机型有不同种复杂结构 而且该零件装配精度 密封性要求较高 目前该 零件多为进口件 在国内还处在小批量单工位或手工制作阶段 要保证产品的生产一致性以及形成 一定的生产能力 就需要有一条定位精度高 重复精度高 工作节拍快的生产线 多数燃油分配管采用钎焊工艺制造生产 由于焊件加热温度低 因此零件的组织及机械性能变 化小 变形小 接缝光滑平整 工件尺寸精确 采用钎焊炉生产时效率高 但是这种生产方式要求 有较高的预固定装配精度 燃油分配管机器人自动装配生产线就是针对上海大众三种车型 2VGS 2VQS B5 车用燃油分配管进行零件自动预固定装配 自动上胶等工作,保证产品质量及精度要求 其装配精度: 0.1mm 生产节拍 100S/每件 1 总体方案的确定 1.1 确定各零件预固定方式 燃油分配管是连接电喷发动机燃油电磁控制阀 压力调节阀并使其安装在发动机上的零件 其 内部介质为汽油 为保证喷油器座内部配合尺寸精度及形状公差要求 喷油器座与燃油分配管间采 用铆接工艺连接 燃油分配管与压力调节阀座以及与各支架 进 回油管间采用电阻 凸 焊工艺 连接 1.2 确定生产线工位数 上海大众 2VGS 2VQS B5 三种形式燃油分配管其总管分别为小方形 大方形 圆形 分别有两 个不同冲压结构的安装支架板 压力调节阀座凸焊或铆接在总管端部 各进 回油管为空间不规则 * 2002 上海工业基金会资助 2358A 形状与总管的安装角度 方位各不 2 相同 因此生产线布置了 9 个工位 喷油器座铆接工位 安装 支架板双头凸焊工位 压力调节阀座卧式凸焊工位 铆接工位 各进 回油管凸焊工位 铆接工位 上铜胶工位 生产线全长 19 m, 其布局如图所示 2 技术关键 开发燃油分配管生产线的技术关键是 实现多品种共线生产问题 保证定位精度达到产品 质量要求 喷油器座铆接工位 采用将三种不同形式的总管 以总管喷油器座孔定位 放在传送链上 传 送链自动将总管送到由伺服电机控制的托板上 由伺服电机控制各的装配铆接位置 其精度为 0.02mm 后续工位均以喷油器座孔为定位基准 因此喷油器座孔的位置精度将决定最终产品精度 该工位三种产品的不同喷油器座的铆接位置由伺服电机控制 且精度满足产品图纸要求 更换生产 产品时只需切换程序 安装支架板双头凸焊工位 三种产品均有两个支架板 两个转臂机械手分别从两个凸轮分度回 转上料盘上抓取零件 放入双头凸焊机的夹具中 因此该工位三种产品精度由夹具精度及汽缸限位 保证 更换生产产品时需更换凸焊夹具 调整转臂机械手转臂尺寸 压力调节阀座卧式凸焊工位 燃油管与压力调节阀座卧式凸焊 上料位置精度由 PLC 控制电机 实现 产品精度由夹具精度保证 更换生产产品时需更换凸焊夹具 进 回油管凸焊 铆接工位 该工位采用 6 轴机器人其手臂上装有两种形式夹爪 在将燃油管 从线体上抓取放入凸焊夹具后 换取手臂夹爪 再从已精确定位进 回 油管的凸轮分度回转盘上 抓取进 回 油管 装配到燃油管上 装配公差为 0.05-0.1mm 该工位一个机器人完成三个工位的 装配工作 产品精度由夹具精度保证 更换生产产品时需更换凸焊夹具 并切换机器人操作程序 上铜胶工位 该工位采用 6 轴机器人 完成三种产品在铆接 焊接接缝处的曲线 弧线上铜胶 工作 更换生产产品时切换机器人操作程序 整条生产线控制系统由六个以 PLC 为核心的控制单元组成 控制单元之间用高速 RS 485 工控 网络连接并可直接和工厂管理网络相连 上位控制器负责把燃油管的各种信息下传并通过网络收集 各个工位的状态信息 下位控制器完成各个工位具体的装配工作并通过网络协调各自工作 每个工 位的各种信息都可经过该网络实现共享 并通过网络协调工位的装配工作 在人机界面上 根据工位布置了三个触摸式液晶显示器 每个显示器上详细显示相应工位的工 作状态 故障信息 故障解除方法并可进行各种参数设置以及工位各个分解动作的手动操作 以使 人机界面更加友好并能显示更多信息 3 创新点 1 整条生产线的控制结构采用 CC LINK 现场总线和高速 RS 485 网络联成的以集散控制技 术和网络通信技术为核心的控制系统 提高了系统的信息传递量 系统可靠性和可扩性 硬件模块 化的设计 提高了产品的适应性和可维护性 软件的模块化设计 提高了响应速度 提高了可读性 和产品的系列化能力 触摸屏全屏幕中文显示的操作方式 提供良好的人机界面 2 伺服电机 机器人程序的模块化结构 以及自动焊接夹具采用了模块化的结构设计方法 实现了多产品共线生产 3 燃油分配管机器人自动装配生产线对于精度要求的高的喷油器座采用冷铆压加工方法 其 余各零件采用凸焊连接 保证了零件装配尺寸及形状公差要求 4 开发了具有故障自检和纠错功能的系统软件包 利用了接近 光电 机械接触等多种形式 传感器的信号融合技术 可对系统的质量控制和安全防护实施自动监控 参考文献1王生洪 龚振邦 王世萍 电子设备机械设计 西北电讯工程学院出版社 1986 2 龚振邦 陈守春 伺服机械传动装置 北京 国防工业出版社 1980 3 郭中阳 汽车电子技术 哈尔滨 哈尔滨工业大学出版社 1993 4 华晓青 等 八音琴机芯自动装配线中的产品输送及定位 机电一体化 2001 年第 2 期 作者简介 沈立红 女1962 年生 高级工程师 研究方向为自动化装备技术 物流技术 王阳明 男1969 年生 副教授 研究方向为机器人技术 自动化装备技术