汽车车架纵梁自动合梁点焊设备的设计及应用

李建为，张国旭，李永刚，单宝德，武晓东

（国机铸锻机械有限公司，山东 济南 250306）

目前在商用汽车车架总成领域，许多车架都是由U 形外梁（主梁）和U 形内梁（衬梁）组成，有时先对U 形外梁和U 形内梁进行预先冲孔，然后对U 形外梁和U 形内梁进行合梁点焊；有时先对平板外梁和平板内梁进行预先冲孔，然后平板外梁和平板内梁进行组合点焊。U 型梁或平板梁在组合点焊时都需要相应孔对正，但是传统的设备在进行合梁时偶尔会出现孔对不正的现象，从而造成无法合梁，这时就需要人工进行干预。但是人工干预费时费力，并且效果不好。针对此现象我司研制了全新的自动合梁点焊设备。该设备可通过调整相应的工艺流程，保证相应孔对正，实现内梁顺利镶入外梁中，再进行点焊，从而解决传统设备的不足。

1 设备概况

该款自动合梁点焊设备是我司在商用车车架总成领域新研发的一种全新设备。本设备可实现U 形外梁和U 形内梁相应孔对正后内梁顺利镶入外梁中，自动完成内外梁的合梁压紧，再通过点焊机对合梁进行点焊固定。

本设备主要由：上料台、上料电磁行吊、翻转定位装置、合梁单元、销送进单元、点焊单元、对中导向装置、出料单元、下料电磁行吊、下料台、液压系统、气动系统、电控系统等组成。其中销送进单元、点焊单元、出料单元沿设备长度方向依次布置；上料台、翻转定位装置、销送进单元、合梁单元沿设备宽度方向从前到后依次布置，在它们的上方布置上料电磁行吊；下料台、出料单元沿设备宽度方向从前到后依次布置，在它们的上方布置下料电磁行吊；对中导向装置布置在点焊单元的左右两侧，依次进行内梁→外梁→压力机合梁→送进销送进→点焊→出料，完成合梁点焊[1，2]，详细布置如图1 所示。

图1 设备布置示意图

该型合梁点焊设备真正实现了U 型梁从上料、合梁、点焊、下料等全自动加工，极大地节约了人力，实现了U 型梁合梁点焊生产过程的自动化。

2 工作原理

根据纵梁的合梁成形工艺，需要对U 型梁或平板梁进行预冲孔。在进行内外梁合梁时需要以工艺孔进行定位[3]，用以实现其他孔位的对正。

已完成预冲孔的内外梁放置于上料台上，上料电磁行吊先将内梁从上料台吊至翻转定位装置上，如果内梁在上料台上为开口向下姿态，此时需要通过翻转装置把内梁翻转为开口向上姿态；如果内梁在上料台上为开口向下姿态则不需要经过翻转，翻转定位装置集成了边定位和驱动装置，可通过驱动装置完成内梁在翻转定位装置上的边定位和端头定位（粗定位）。

合梁单元上的插销装置，通过伺服驱动将固定销和活动销分别移动到指定位置，上料电磁行吊把完成粗定位后的内梁，从翻转定位装置吊运至合梁单元中的合梁平台位置（即合梁工位），定位销插入到内梁上的定位孔（工艺孔），对内梁进行定位（精定位）。

合梁单元中的多台压力机，通过同步装置一起移动到合梁平台位置（即合梁工位），然后四台合梁压力机的滑块带动电磁铁一起下降并压紧内梁，电磁铁励磁吸住内梁，插销装置拔出两定位销，合梁压力机的滑块同步上升，把内梁从合梁平台上吊起，合梁压力机通过同步装置带着内梁同步后移，让开合梁平台位置，到达避让工位。

上料电磁行吊后将外梁从上料台吊至翻转定位装置上，如果外梁在上料台上为开口向下姿态，此时需要通过翻转装置把外梁翻转为开口向上姿态；如果外梁在上料台上为开口向下姿态则不需要经过翻转，由翻转定位装置完成外梁的边定位和端头定位（粗定位）；上料电磁行吊把完成粗定位后的外梁从翻转定位装置吊运至合梁单元中的合梁平台位置（即合梁工位），定位销插入到外梁上的定位孔（工艺孔），对外梁进行定位（精定位）。

完成外梁的精定位后，合梁压力机带着内梁同步移动，向前返回合梁平台位置（即合梁工位）；合梁压力机的滑块同步下降，将内梁压到外梁之中，内梁和外梁的组合称作组合梁；此时定位销将同时穿过内梁和外梁；合梁压力机上的电磁铁退磁，插销装置拔出定位销，完成内外梁的合梁；此时合梁压力机的滑块依靠油缸的压力继续保持压紧组合梁的状态。

合梁压力机夹持组合梁向前同步移动到销送进单元中的销送进工位；在销送进工位上料侧依次安装有送进销Ⅰ和送进销Ⅱ，在下料侧安装有送进销Ⅲ；送进小车分别带动送进销Ⅰ、送进销Ⅱ移动到指定位置，两送进销同时插入到组合梁的定位孔中，保持组合梁中内梁和外梁相对位置不发生变化，然后合梁压力机的滑块上升带动电磁铁离开组合梁，合梁压力机向后退回到避让工位。

送进小车上的送进销Ⅰ、送进销Ⅱ共同带动组合梁向点焊单元方向同步运动进行送进，将组合梁送到预定的焊接位置，点焊单元的点焊机对组合梁进行点焊焊接。

送进销Ⅱ到达点焊机旁边进入工作死区时，拔出送进销Ⅱ，送进销Ⅰ继续送进；送进销Ⅰ到达送进销Ⅱ附近并进入工作死区时，出料小车上的送进销Ⅲ插入到组合梁的定位孔，然后拔出送进销Ⅰ；送进销Ⅰ、送进销Ⅱ返回，送进销Ⅲ继续送进，送进销Ⅰ、送进销Ⅱ返回到与合梁单元定位销对应的x 向位置时停止；送进销Ⅲ继续将组合梁送进，直到全部焊点完成焊接，并将组合梁送到下料位置。

组合梁送到下料位置后，下料电磁行吊将组合梁从出料单元上吊运至下料台上，从而完成合梁点焊的全部工作。

3 设备主要单元

3.1 合梁单元

合梁单元主要由多台合梁压机、定位销、合梁平台等共同组成。合梁压机通过同步装置保证同步前进和后退；压机上的电磁铁通过液压油缸完成升降动作，液压油缸可提供足够的压力使内外梁完成合梁；液压油缸通过伺服比例阀实现共同升降；定位销定位牢固并准确，能够适应纵梁因工艺孔偏差所造成的合梁困难，并能够承受合梁压机下压时内外梁因错位产生的剪切力。

3.2 销送进单元

销送进单元主要由上料支撑架、下料支撑架、送进小车、送进销等组成。I 号和II 号送进小车安装于上料支撑架上，III 号小车安装于下料支撑架上；三个送进销分别安装于三个送进小车上，其中送进销I 和送进销II 安装于纵梁上料侧，送进销III 安装于纵梁下料侧；纵梁上料侧送进销I 和送进销II同时插入纵梁的定位孔中，形成一面两销定位[4]，可保证内外梁相对位置不变；进入点焊设备后点焊机对合梁进行点焊，合梁点焊后内梁和外梁完全固定，此时可根据工况拔出送进销II 和送进销I；三个送进销均采用伺服驱动，可有效保证送进时的同步性和准确性。

3.3 对中导向装置

对中导向装置布置于点焊单元左右两侧紧靠点焊机，分别安装在销送进单元的上料支撑架和出料单元的下料支撑架上。设置对中导向装置的目的是仅有一个送进销送进时，避免纵梁偏转，对中导向装置带有一对立辊，根据外梁的外宽，以纵梁中线对称调整。

3.4 升降支撑辊

为适应有落差等截面U 型梁（折弯梁）的通过，在上料支撑架和下料支撑架上安装有多组升降支撑辊，升降支撑辊能够在纵梁送进时根据折弯点的位置进行升降，以适应折弯梁高度的变化。对于仅需要直梁合梁点焊生产时，升降支撑辊不需要升降功能。

4 结束语

本文介绍了我公司设计生产的全新纵梁自动合梁点焊设备的基本结构及工作原理。根据用户现场反馈，该型纵梁自动合梁点焊设备能够很好地实现U 型纵梁的合梁点焊工作，大大提高工作效率，减轻操作人员的工作强度，将原先需几人操作的设备减少为一人即可操作，真正实现了自动化生产。