一种焊装夹具用多车型切换转毂装置的制作方法

本发明涉及及汽车制造，具体涉及一种焊装夹具用多车型切换转毂装置，尤其涉及一种小型化、低成本的四面转毂式夹具切换系统。

背景技术：

1、目前，在汽车白车身焊装生产线上，为实现多车型共线柔性生产，广泛采用转毂式夹具切换系统作为核心装备之一。该系统是一套集成上件工位、焊接工位、夹具缓存工位于一体的输送设备，可实现多种不同车型夹具的缓存与切换，是白车身柔性产线的的关键组成部分。

2、现有转毂切换系统主要包括转毂本体和工装安装base支架等核心部件。根据实际生产需求，转毂一般分为两面转毂、三面转毂（如图1-图4所示）、四面转毂等类型。

3、以两面转毂为例，其典型结构包括转毂框架支撑、设于转毂框架支撑上部的夹具框架、以及设于夹具框架内的a面夹具和b面夹具。夹具框架与转毂框架支撑之间设有转毂电机，由转毂电机驱动夹具框架转动，a面夹具和b面夹具交替翻转切换。

4、对于四面转毂，其结构更为复杂，需在转毂的四个面上分别安装夹具，通过90°旋转实现四个工位或四种车型夹具的切换。

5、现有技术中的转毂设备通常采用伺服电机驱动来实现夹具的安全高效切换。以expert-tünkers的 edh 1170转台为代表的现有技术中的转毂设备的驱动系统，其切换控制方式的核心是“伺服电机驱动+变频器控制+凸轮机构定位”的柔性控制系统。该系统以可独立编程的伺服电机作为驱动核心，配合变频器实现转台的启动、停止及任意位置的精确控制。在机械层面，转台内部集成了具有恒定节距的分度凸轮机构，保证电机轴与转盘之间具有固定减速比，转台的分度位置完全由伺服电机的控制单元通过软件编程决定。控制系统通过编程让变频器驱动伺服电机旋转特定角度，由于减速比固定，电机旋转特定角度即对应转盘旋转预设的工位角度。整个定位过程不依赖外部传感器，而是完全依靠伺服电机内置的高精度编码器与变频器的闭环控制实现极高精度的任意角度定位，从而完成转毂在四个工位间的高效、精确切换。这种设计实现了高度柔性的运动控制，简化了外围设备，提高了系统可靠性，但也导致了高昂的驱动系统成本和复杂的控制逻辑。

6、转毂切换系统主要应用于焊装车间的侧围、底板、门盖等区域。其单面工装负载最高可达22吨，车型切换数量最多为4种车型。

7、尽管上述转毂切换系统已在汽车焊装领域得到广泛应用，但仍存在以下不足：

8、（1）设备体积庞大，占用空间大。 如图1所示，现有技术中的的多车型切换转毂设备为满足承载和多面夹具安装需求，转毂框架及支撑结构尺寸较大，导致整个切换系统占地面积大、高度较高。尤其是四面转毂，由于四面转毂需在四个方向布置夹具及附属机构，整体尺寸进一步增大，难以适应空间紧凑的焊装工位。如图2、3、4所示，多车型切换三面转毂设备的最大长度l1=3821.5mm，最大宽度w1=2000mm，最大高度h1=2212mm。

9、（2）设备高度过高，维护安全隐患大。 现有技术中的的多车型切换转毂设备，尤其是四面转毂，为容纳四组夹具及其切换空间，设备整体高度显著增加。操作人员进行日常维护、夹具更换或故障排查时，往往需要登高作业，存在较大的坠落风险，安全性不足。

10、（3）驱动系统成本高。以搭载expert-tünkers的 edh 1170 转台的某多车型切换转毂设备为例。edh 1170采用伺服电机+变频器的方案，伺服电机及其配套的驱动器、编码器等本身成本高昂。为了实现灵活定位，edh 1170需要进行复杂的编程和参数设置。这不仅对调试人员的技术要求高，也增加了初期的调试时间和人力成本，并且edh 1170强大的可编程伺服驱动能力，在只需几个固定角度切换的焊装夹具场景下，属于“性能过剩”。此外，伺服系统结构复杂，一旦出现故障，排查和维修困难，往往需要专业人员介入，会导致较长的停机时间，影响生产效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种焊装夹具用多车型切换转毂装置，该装置采用两套镜像分布式转毂切换系统协同工作，在实现四面转毂、兼容四种车型切换功能的同时，显著减小了设备体积和占地面积，大幅降低了制造成本，并提升了设备维护的安全性和便捷性。

2、为此，本发明提出了一种焊装夹具用多车型切换转毂装置，包括：底座锁紧机构和设置在所述底座锁紧机构上的两套镜像分布式的转毂切换系统，分别为一号转毂切换系统锁紧机构和二号转毂切换系统锁紧机构；

3、所述一号转毂切换系统锁紧机构包括转毂本体锁紧机构、用于驱动所述转毂本体锁紧机构旋转的驱动机构锁紧机构、锁紧机构、限位机构锁紧机构和定位机构锁紧机构；

4、所述转毂本体锁紧机构为四棱柱结构，包括具有多个夹具安装面的转毂主体锁紧机构，所述转毂主体锁紧机构的两端分别设有可转动地支撑于固定在底座上的轴承座内的轴接结构，且其中一端的轴接结构与电机输出端传动连接以驱动转毂本体绕其轴线旋转，所述转毂主体的两端分别设有用于与对应轴接结构连接的连接板；

5、所述锁紧机构设置于所述转毂主体锁紧机构端部的连接板位置，其包括设置于连接板上的锁紧配合件以及设置于底座上的驱动式夹紧单元，当转毂本体旋转至预定角度时，所述锁紧配合件能够被所述夹紧单元捕获并夹紧锁定；

6、所述定位机构锁紧机构包括设置于转毂本体端部连接板上的若干感应件以及对应设置于底座上的若干检测开关，各检测开关分别对应转毂本体旋转至不同工作面时的检测位置；

7、所述限位机构锁紧机构包括设置于底座上的限位开关，当转毂向错误方向运行或超过预定行程时触发所述限位开关使电机停止；

8、两套所述转毂切换系统分别具有相反的旋转方向，通过同步镜像运行实现夹具切换。

9、优选地，所述底座锁紧机构包括钢结构框架锁紧机构和地脚板锁紧机构，所述钢结构框架锁紧机构与所述地脚板锁紧机构通过螺栓连接并经由连接板锁紧机构焊接固定，每块地脚板锁紧机构通过化学螺栓与地面连接。

10、优选地，所述转毂主体锁紧机构为六面体结构，其四个长侧面均设置有所述夹具安装面锁紧机构，每个夹具安装面锁紧机构由多块间隔设置的转接板组成；

11、所述轴接结构包括分别设置于转毂主体两端的第一带轴法兰锁紧机构和第二带轴法兰锁紧机构，所述第一带轴法兰锁紧机构通过轴承可转动地支撑于固定在底座上的轴承座一锁紧机构内，所述第二带轴法兰锁紧机构通过轴承可转动地支撑于固定在底座上的轴承座二锁紧机构内，且所述第二带轴法兰锁紧机构与电机输出端通过键连接以驱动转毂本体锁紧机构绕其轴线旋转；

12、所述连接板包括设置于转毂主体头部的头部连接板锁紧机构和设置于转毂主体尾部的尾部连接板锁紧机构，分别与所述第二带轴法兰锁紧机构和第一带轴法兰锁紧机构螺栓连接。

13、优选地，所述转毂主体锁紧机构为长度1640mm、截面边长150mm的六面体结构，每个夹具安装面锁紧机构由三块间距300mm、边长140mm的正方形转接板组成。

14、优选地，所述驱动机构锁紧机构包括所述交流异步减速电机锁紧机构，所述电机的自带法兰与轴承座二锁紧机构外的箱体框架锁紧机构通过连接板锁紧机构连接，所述箱体框架锁紧机构外设有防尘罩锁紧机构，所述驱动机构锁紧机构还设有用于收纳线路的拖链锁紧机构和用于在转毂旋转过程中收纳拖链的转轮锁紧机构。

15、优选地，所述交流异步减速电机锁紧机构为kaf系列直角输出交流异步减速电机，其采用空心轴直接套装在转毂的驱动轴上，输入轴与输出轴呈90°夹角，且所述电机的防护等级为ip55并内置th热保护元件。

16、优选地，所述锁紧机构中，所述锁紧配合件为设置于尾部连接板锁紧机构靠近转毂主体锁紧机构一面边缘位置的固定块锁紧机构，每个固定块锁紧机构两侧连接有一对平面摩擦块锁紧机构；

17、所述夹紧单元为设置于尾部连接板锁紧机构正下方的对夹单元，由两套连杆机构组成并由气缸锁紧机构提供夹紧动力，两个压紧块锁紧机构的工作面上各设有一个凸面摩擦块锁紧机构；当转毂本体锁紧机构在初始位置的基础上旋转90°、180°或270°时，尾部连接板锁紧机构对应位置的固定块锁紧机构能够被所述对夹单元捕获并夹紧锁定。

18、优选地，所述定位机构锁紧机构中，所述感应件包括设置于尾部连接板锁紧机构远离转毂主体锁紧机构一面的第一感应块锁紧机构和第二感应块锁紧机构，以及设置于尾部连接板锁紧机构靠近转毂主体锁紧机构一面的感应指针锁紧机构；

19、所述检测开关包括设置于底座钢结构框架锁紧机构上的第一接近开关锁紧机构，其位置对应感应指针锁紧机构逆时针旋转90°的位置，以及设置于底座轴承座三个侧面的第二接近开关锁紧机构、第三接近开关锁紧机构和第四接近开关锁紧机构，分别对应尾部连接板锁紧机构外面的三点钟、十二点钟和九点钟方向。

20、优选地，所述限位机构锁紧机构包括设置于轴承座一锁紧机构左上方的限位开关锁紧机构和第二限位开关锁紧机构，所述限位开关锁紧机构位于外侧，所述第二限位开关锁紧机构位于内侧；

21、当转毂错误地按照反方向运行时，第一感应块锁紧机构触发第二限位开关锁紧机构使电机停止；当转毂到达第四工作面后继续超行程旋转时，第二感应块锁紧机构触发限位开关锁紧机构使电机停止。

22、优选地，整套设备的最大长度为2393.5mm，最大宽度为2013mm，最大高度为1170mm。

23、与现有技术相比，本技术提出的多车型切换转毂装置具有以下创新点和有益效果：

24、（1）成本大幅降低：采用直角输出交流异步减速电机替代高精度伺服电机柔性转台作为驱动动力源，在满足四面转毂低速旋转、精确定位功能需求的前提下，驱动系统成本大幅降低，使四面转毂的造价成本比肩传统三面转毂，远低于现有四面转毂的成本。同时，采用简单的plc逻辑控制，控制逻辑大幅简化，降低了控制器成本，缩短了开发与调试周期；采用模块化设计，使用标准工业部件，降低了制造难度和成本，维护更便捷、成本更低。

25、（2）体积显著减小：由于采用了两套转毂切换系统替代现有的一体化转毂设计，装置整体的最大高度相比现有三面转毂设备降低约47.107%，长度降低约37.368%，宽度基本持平，显著减小了设备的占地面积和体积，能够适应空间紧凑的焊装工位。

26、（3）维护安全性大幅提升：由于设备最大高度显著降低至1170mm，操作人员无需登高即可完成日常维护、夹具更换和故障排查等操作，从根本上消除了高处坠落的安全隐患。

27、（4）多车型兼容能力强：四面转毂结构可同时安装四组不同车型的夹具，兼容最多四种车型的快速切换，满足柔性化生产需求。

28、（5）运行安全可靠：通过设置限位机构，设计了防止反转功能和防止超程功能，有效保护设备和线路安全；通过锁紧机构实现转毂在工位的可靠锁定，保证焊接操作的稳定性。

29、在本发明的优选方案中，通过设置两套镜像分布式转毂切换系统协同工作，每套转毂系统体积更小，围绕各自中心轴旋转，切换过程互不干涉，实现了整体结构的小型化。

30、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本技术作进一步详细的说明。