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技术领域

本发明涉及汽车生产线中的汽车焊接领域，具体地指一种多车型 车身混线成型工位夹具存储切换机构。

背景技术

世界汽车发展的趋势是由大批量生产向多品种、小批量生产转 化，为了满足汽车消费者广泛而多样化的需求，适应汽车市场的激烈 竞争，世界各大汽车生产厂家不断缩短车型变换周期，加快车种的更 新，柔性车体焊装线(FBL)就是为适应这一发展趋势而设计制造的。 它能在一条生产线上混流生产两个以上车型的车体，具有换型生产简 单快捷、开发时间短、二次投入费用少和生产效率高的优点，因此被 各大汽车公司广泛地采用。

汽车焊接生产线上的焊接设备主要分三类：手工焊接设备、自动 焊专机及焊接机器人。手工焊接是通过工人操作点焊钳完成焊接工 作，因其独立性较强，便于安装、调整及维修，并且价格低廉，所以 有着比较广泛的应用。自动焊专机结构复杂、动作简单、程序基本固 定、制造成本及维修费用高，所以只有在单一品种、产量极高的汽车 焊接生产线上采用。焊接机器人是一种机体独立、动作自由度较多、 程序可灵活变更、自动化程度高的操作机械，是全柔性的焊接设备。 现在的焊接机器人具有功能多用、重复定位精度高、抓取重量大、运 动速度快、动作稳定可靠等优势，决定其是柔性设备的最佳选择。

车型定位夹具是车身总成及其分总成完成装焊工作所用的定位 与夹紧机械，它与车身总成件的外型接触，不同的车型具有不同的外 型，因此要使工装夹具具有柔性去适应多品种及换型生产是相当困难 的。

目前，在国外一些汽车厂的柔性装焊生产线上，工装夹具的柔性 切换多数是以替换柔性方式实现的。主要采用以下几种形式实现装焊 夹具的更换：1、旋转分度工作台；2、滚筒式工作台；3、台车式随 行夹具；4、自动更换式装焊夹具，在车身总成装焊线上，辊床滑橇 贯通式输送系统具有承载力大、稳定性好、机动性强、结构简单、易 于制造等优点而被广泛采用。在这种传输方式下采用更换装焊夹具实 现多品种生产比较方便。车身总成生产线一般采用门式夹具，它是将 车身总成组装定位夹具制造成两个侧面夹具框架，每条生产线可以安 装多种车型夹具框架，以组织任意混流生产。现有技术的定位夹具的 结构如图1所示，包括夹具本体4和设置于夹具4两侧的连接板4.1，连 接板4.1上开设有Z向的定位孔4.2，用于与输送机构连接保证夹具的 运输。夹具4的每侧设置有两个的沿X向布置的定位块4.3，同侧的两 个定位块4.3间隔布置形成一个固定槽。换型生产时，可以更换新车 型的夹具框架。

目前，车型定位夹具自动更换的主要方式有如下几种：

A、采用旋转分度工作台作为车型定位夹具框架存放库，回转到 所需车型定位夹具框架存放位置通过平移到车身装焊工位；汽车总拼 成型区占用3个工位，在两端工位均有一个回转台，回转台上放置有3 种不同车型的夹具，在成型区布置有连接两端回转台的X向输送机构 以及中间汽车总拼成型工位的Y向平移机构，当需要生产某一车型的 汽车时，转台将即将生产汽车车型的夹具转运至X向的输送机构取夹 具位置，X向的输送机构从回转台上取走相应车型夹具后，将夹具沿 X向输送至中间成型工位的Y向平移机构上。需要切换车型时，X向 输送机构将需要更换的汽车夹具从中间汽车总拼成型工位的Y向平 移机构上输送至转台空位存储，并从转台上取相应生产车型的夹具至 中间汽车总拼成型工位的Y向平移机构上，只能适用于三种车型，其 占地面积约22m×18m；

B、采用滚筒式工作台作为车型定位夹具框架存放库，翻转到所 需夹具框架存放位置后，再通过平移到车身装焊工位。如专利号为 “CN104002076A”的名为“一种用于白车身焊装总拼夹具的旋转存 储机构”的中国发明专利介绍了一种夹具旋转存储装置，该装置包括 从动端底座、驱动端底座以及横架在从动端底座和驱动端底座之间的 旋转主体，沿旋转主体的圆周均匀布置有多个夹具放置区，每个夹具 放置区均安装有一条夹具轨道，每条夹具轨道的下端面安装有将夹具 固定在夹具轨道内的叉板机构，从动端底座和驱动端底座分别设置能 限制旋转主体旋转的插销机构。滚筒式存储切换装置换夹具时间很 短，能够快速更换夹具节省焊接时间，占地面积小于A方法中提到的 装置，只需要22m×13m的空间进行车型定位夹具的摆放，但是由于滚 筒式工作台的结构比较复杂，容易出现故障后期更换维修困难，而且 制造成本较高，导致整个系统的投资成本增加，而且需要在生产线上 设置很高的滚筒式工作台，具有安全隐患；

C、是通过左右两个能够在X及Y向运动的小车平移搬运的方式更 换夹具框架，采用C方式的车型定位夹具存放系统存放的夹具理论上 可以无限多，前提是能够控制系统控制整套系统的运转，C方法中存 储装置和转运轨道并列排布，需要侵占至少29m×18m的空间进行车 型定位夹具的摆放，对于现有汽车工业生产来说，提供如此大的面积 进行修建生产线，显然会为生产厂家提供非常大的生产压力。为解决 这一问题，有专利号为“CN104907749A”的名为“空中存储的车型 总拼柔性成型机”的中国发明专利介绍了一种将轨道布置在存储装置 的下方的方法，

该专利介绍的装置包括中央定位机构和夹具存储机构，夹具存储机 构包括升降存放库、固定存放库和轨道切换机构，两套升降存放库和 固定存放库分别设置在中央定位机构的两侧，轨道切换机构设置在中 央定位机构的上方，使用方法包括根据具体的车型选择定位夹具，在 对第二车型进行预读，同时提前准备所需的定位夹具，使其从固定存 放库中移动至中央定位机构处，完成对夹具的更换，从而实现只需要 12m×18m的空间进行车身定位夹具的摆放，结构简单，操作灵活且 方便，可与生产线节拍完全吻合，实现多种车型的任意混流的同步化 生产。但是该装置也存在一些问题，该装置用于存储夹具的升降存放 库和固定存放库之间不能连通，夹具只能固定存在某一存放库，运转 方式僵硬，夹具切换耗时耗力，拼装焊接不同夹具时需要切换汽车的 焊接工位，侵占至少三个工位，一定程度上延长了工位的长度。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种多车型 车身混线成型工位夹具存储切换机构。

本发明的技术方案为：一种多车型车身混线成型工位夹具存储切 换机构，包括以焊装工位为中心分置于焊装生产线两侧的四组夹具存 储库；所述的夹具存储库下方安装有用于输送夹具分别沿X、Y和Z 向运动的夹具输送装置，其特征在于：还包括夹具中转装置和夹具到 位装置；所述的夹具中转装置和夹具到位装置固定在位于焊装生产线 同侧的两组夹具存储库之间，夹具中转装置位于夹具存储库远离焊装 生产线的一端用于临时存储夹具，夹具到位装置位于夹具存储库靠近 焊装生产线的一端用于驱动夹具连接焊装工位，夹具到位装置、夹具 中转装置的两端分别和同侧的两组夹具存储库中的夹具输送装置连 接形成环形夹具输送系统。

进一步的所述的夹具输送装置包括驱动夹具沿X方向运动的X 向输送机构、驱动X向输送机构沿Z向运动的Z向输送机构和驱动 Z向输送机构沿Y向运动的Y向输送机构；所述的Y向输送机构位 于夹具存储库的正下方，Z向输送机构安装在Y向输送机构上，X向 输送机构固定在Z向输送机构上。

进一步的所述的Y向输送机构包括两条沿Y向平行间隔布置的 第一导轨；所述的第一导轨位于夹具存储库的下方，两条第一导轨之 间连接有支撑座；所述的支撑座上安装有第一驱动电机并通过第一驱 动电机驱动沿第一导轨运动；所述的Z向输送机构固定在支撑座上。

进一步的所述的Z向输送机构包括两根垂直固定在支撑座两端 的沿Z向布置的第二导轨；所述的第二导轨上安装有用于承载X向 输送机构的承载底座和沿Z向布置的链条；所述的承载底座与链条固 定连接其两端滑动连接于第二导轨上，承载底座上安装有第二驱动电 机；所述的第二驱动电机与链条传动连接。

进一步的所述的X向输送机构包括固定在承载底座上的沿X向 布置的第三导轨；所述的第三导轨上安装有与之传动连接的夹具底 座；所述的夹具底座上安装有驱动其沿第三导轨运动的第三驱动电机 和用于固定夹具的夹持结构。

进一步的所述的夹持结构包括垂直固定在夹具底座上端面的支 撑板；所述的支撑板侧部安装有两块平行间隔布置的夹持板，支撑板 的上端设置有第一气缸；所述的夹持板沿水平方向垂直固定在支撑板 侧部，两块夹持板上开设有相对的通孔；所述的第一气缸上设置有与 之传动连接的锁止销；所述的锁止销上端与第一气缸传动连接，下端 在第一气缸驱动下穿设于两块夹持板的通孔内。

进一步的所述的夹具中转装置包括沿X向布置的用于支撑和传 输夹具的中转轨道；所述的中转轨道两端与沿第一导轨运动到远离焊 装生产线一端的第三导轨连接。

进一步的所述的夹具到位装置包括安装在相邻夹具存储库之间 的沿Y向布置的到位轨道；所述的到位轨道上设置有沿X向布置的 用于支撑夹具的支撑轨道；所述的支撑轨道与安装在到位轨道上的第 四驱动电机传动连接并通过其驱动沿到位轨道运动，支撑轨道的两端 与沿第一导轨运动到其靠近焊装生产线一端的第三导轨连接。

进一步的所述的夹具存储库包括多个间隔并列排布的门架；所述 的门架上安装有两条沿Y向布置的相对平行的横梁；所述的横梁上 设置有多组用于钩挂夹具的锁紧装置。

进一步的所述的锁紧装置包括分置与两条横梁上的两个相对的 锁死气缸；所述的锁死气缸上设置有与之传动连接的插销；所述的插 销沿X方向布置，通过锁死气缸驱动伸入到夹具侧部的槽孔中将其 固定在门架上。

本发明的优点有：1、本发明通过设置夹具中转装置和夹具到位 装置将四组夹具存储库形成有机结合的整体，不同于现有技术中任何 一种夹具均需要设置独特的夹具存储库，本发明的夹具存储库可以储 存多种夹具，夹具的存储不限于某种特殊的夹具，夹具的切换更为顺 畅，形成的环形结构使夹具的传输更为便捷迅速，能够提高焊接工作 的效率，具有极大的推广价值；

2、本发明的夹具存储库安装在运动输送装置的上方，极大程度 的减小了夹具存储的占地面积，相对与现有技术来说，本发明的整体 结构更为紧凑，夹具输送的路线更短，能节约更多的夹具中转时间， 提高焊装工作的生产效率；

3、本发明通过在夹具存储库下方安装X、Y和Z三向运动输送 机构能够快速便捷的将夹具输送到指定位置，节约了大量的夹具中转 时间，另外X、Y和Z三向运动输送机构也能精确的将夹具输送到指 定位置，减小了夹具运动过程中的误差；

4、本发明的夹具存储库可以储存多组夹具并不仅限于现有技术 的三组或者是四组，通过三向运动机构、中转装置和到位装置的配合 能够适应多组夹具的夹具存储库，使整个焊装生产线的适应性更好；

5、本发明在X向输送机构上安装的夹具夹持装置结构简单，能 够快速便捷的将夹具固定在X向输送机构上，夹具输送到位后又能 够快速的与夹具脱开，很好的满足了夹具转运的各种要求，提高了夹 具运动的速度和转运的效率；

6、本发明的夹具存储库布置结构合理，节约了工厂占地面积， 使整个布置结构更为合理，通过三向输送机构、中转装置和到位装置 的配合能够很好的输送夹具到指定位置，提高了焊装生产先上夹具中 转的效率，具有极大的推广价值。

附图说明

图1：夹具的轴视图；

图2：夹具的仰视图(局部)；

图3：本发明的俯视图；

图4：夹具存储库的轴视图；

图5：夹具存储库的正视图；

图6：X、Y和Z向输送机构的轴视图；

图7：X向输送机构的轴视图；

图8：夹持装置的结构示意图；

图9：Y向输送机构的轴视图；

图10：Z向输送机构的主视图；

图11：Z向输送机构的轴视图(局部)；

图12：中转轨道的轴视图；

图13：夹具到位装置的轴视图(打开状态)；

图14：夹具到位装置的轴视图(到位状态)；

图15：夹具转运结构示意图；

其中：1—焊装工位；2—生产线；3—夹具存储库；4—夹具；5 —夹具中转装置；6—夹具到位装置；7—X向输送机构；8—Y向输 送机构；9—Z向输送机构；

3.1—门架；3.2—横梁；3.3—锁死气缸；

4.1—连接板；4.2—定位孔；4.3—定位块；4.4—支撑台；

5.1—中转轨道；

6.1—到位轨道；6.2—支撑轨道；6.3—第四驱动电机；

7.1—第三导轨；7.2—夹具底座；7.3—第三驱动电机；7.4—支 撑板；7.5—夹持板；7.6—第一气缸；7.7—通孔；7.8—锁止销；

8.1—第一导轨；8.2—支撑座；8.3—第一驱动电机；

9.1—第二导轨；9.2—承载底座；9.3—链条；9.4—第二驱动电 机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图3～14，为本实施例的结构示意图，图3为本实施例的整体 结构布置，如图3所示，本实施例以焊装生产线2为中线，四组夹具 存储库3分置于焊装生产线2的两侧，其中以焊装工位1为中心对称 布置于其四周。本实施例并不仅限于四组夹具存储库3，只要能够满 足焊装生产线2使用即可。如图3所示，位于焊装生产线2同侧的两 组夹具存储库3之间设置有夹具中转装置5和夹具到位装置6，夹具 4从夹具存储库3中落下进入到夹具输送装置中，通过位于夹具存储 库3下方的夹具输送机构将夹具4运动到夹具到位装置6上，完成夹 具4与焊装工位1的连接。

如图4～5所示为夹具存储库3的结构示意图，夹具存储库3包 括多个间隔并列排布的门架3.1，门架3.1上安装有两条沿Y向布置 的相对平行的横梁3.2，通过横梁3.2将门架3.1连接成为整体，横 梁3.2上设置有多组用于钩挂夹具4的锁紧装置。

如图4～5所示，锁紧装置包括分置与两条横梁3.2上的两个相 对的锁死气缸3.3，锁死气缸3.3上设置有与之传动连接的插销3.4， 插销3.4沿X方向布置，通过锁死气缸3.3驱动伸入到夹具4侧部的 定位块4.3之间的槽中将其固定在门架3.1上。实际使用时，两侧的 锁死气缸3.3驱动插销3.4同时插入夹具4两侧的定位块4.3之间的 槽中，夹具4通过插销3.4的支撑挂在门架3.1上。

实际上夹具存储库3可以存储多个夹具4，夹具4相互并列平行 的排布在夹具存储库3内。夹具4需要被取下时，驱动两侧的锁死气 缸3.3使插销向两侧收缩将夹具4放下。

夹具存储库3的下端安装有夹具输送机构，夹具输送装置包括驱 动夹具4沿X方向运动的X向输送机构7、驱动X向输送机构7沿 Z向运动的Z向输送机构9和驱动Z向输送机构9沿Y向运动的Y 向输送机构8，Y向输送机构8位于夹具存储库3的正下方，Z向输 送机构9安装在Y向输送机构8上，X向输送机构7固定在Z向输 送机构9上，如图6所示。

如图9所示为Y向输送机构8包括两条沿Y向平行间隔布置的 第一导轨8.1，第一导轨8.1位于夹具存储库3的下方，两条第一导 轨8.1之间连接有支撑座8.2，支撑座8.2上安装有第一驱动电机8.3 并通过第一驱动电机8.3驱动沿第一导轨8.1运动，Z向输送机构9 固定在支撑座8.2上。

本实施例的第一导轨8.1上设置有齿条型结构，第一驱动电机 8.3通过一根传动轴与齿条传动连接，第一驱动电机8.3通过该结构 驱动支撑座8.2沿Y向运动。

如图10～11所示，Z向输送机构9包括两根垂直固定在支撑座 8.2两端的沿Z向布置的第二导轨9.1，第二导轨9.1上安装有用于承 载X向输送机构7的承载底座9.2和沿Z向布置的链条9.3，承载底 座9.2与链条9.3固定连接其两端滑动连接于第二导轨9.1上，承载 底座9.2上安装有第二驱动电机9.4，第二驱动电机9.4与链条9.3传 动连接。

第二驱动电机9.4固定在两根第二导轨9.1之间的中间位置通过 一根传动轴结构与链条传动连接，第二驱动电机9.4驱动链条9.3转 动，链条9.3带动承载底座9.2上升或者下降。为了保证承载底座9.2 沿固定路径上升或者下降，承载底座9.2的两端套接在第二导轨9.1 上。

如图11所示，承载底座9.2面向焊装生产线2的一侧设置有向 其延伸的横向支撑结构，如图7～8所示，X向输送机构7包括固定 在该结构上的沿X向布置的第三导轨7.1，第三导轨7.1上安装有与 之传动连接的夹具底座7.2，夹具底座7.2上安装有驱动其沿第三导 轨7.1运动的第三驱动电机7.3和用于固定夹具的夹持结构。

如图8所示，夹持结构包括垂直固定在夹具底座7.2上端面的支 撑板7.4，支撑板7.4侧部安装有两块平行间隔布置的夹持板7.5，支 撑板7.4的上端设置有第一气缸7.6，夹持板7.5沿水平方向垂直固定 在支撑板7.4侧部，两块夹持板7.5上开设有相对的通孔7.7，第一气 缸7.6上设置有与之传动连接的锁止销7.8，锁止销7.8上端与第一气 缸7.6传动连接，下端在第一气缸7.6驱动下穿设于两块夹持板7.5 的通孔7.7内。

实际使用时，锁止销7.8通过第一气缸7.6驱动上下运动，夹具 4的连接板4.1伸入到两块夹持板7.5之间，定位孔4.2与通孔7.7上 下对齐，锁止销7.8依次穿过通孔7.7和定位孔4.2将夹具4固定在X 向输送机构7上。输送到位后，锁止销7.8抽出，夹具4与X向输送 机构7脱开。

本实施例通过X向输送机构7完成夹具4的X向运动传输，Y 向输送机构8驱动Z向输送机构9和X向输送机构7在Y向上的运 动，Z向输送机构9驱动X向输送机构7在Z向上运动。

如图12所示，夹具中转装置5包括沿X向布置的用于支撑和传 输夹具4的中转轨道5.1，中转轨道5.1两端与运动到第一导轨8.1远 离焊装生产线2的一端的第三导轨7.1连接。中转轨道5.1的结构与 第三导轨7.1的结构相同，都是中间开设有长条型槽孔的支撑导轨结 构，夹具4的两侧在槽孔中间夹持住防止夹具4翻倒。实际操作时， 为了更好的衔接中转轨道5.1和第三导轨7.1，本实施例在中转轨道 5.1的两端位置设置有一部分的齿条导轨结构，夹具底座7.2可以从 第三导轨7.1上运动到中转轨道5.1上的齿条导轨位置。实际上，本 实施例还在第一导轨8.1上安装有同样的齿条导轨结构，便于夹具底 座7.2的运动与布置，有利于节省空间，使夹具4的转运范围更广泛。

如图13～14所示，夹具到位装置6包括安装在相邻夹具存储库 3之间的沿Y向布置的到位轨道6.1，到位轨道6.1上设置有沿X向 布置的用于支撑夹具4的支撑轨道6.2，支撑轨道6.2与安装在到位 轨道6.1上的第四驱动电机6.3传动连接并通过其驱动沿到位轨道6.1 运动，支撑轨道6.2的两端与运动到第一导轨8.1靠近焊装生产线2 的一端的第三导轨7.1连接。

支撑轨道6.2的结构与第三导轨7.1相同，支撑轨道6.2沿到位 轨道6.1移动，当第三导轨7.1移动夹具4到对接位置时，支撑导轨 6.2移动与其对接，此时的夹具到位装置5为打开状态如图13所示， 第三导轨7.1上的夹具4通过夹具底座7.2驱动移动到支撑轨道6.2 上。然后支撑轨道6.2驱动夹具4接近焊装生产线2完成夹具4的对 接，此时夹具到位装置5为到位状态如图14所示。

具体实施时，图15为本实施例的工作示意图，A为工作位，A1 为夹具到位过程位置，A2、A3为夹具等待位，A4为夹具中转机构， E、F、G为左侧夹具存储库3中的三个存储位，B、C、D为右侧夹 具存储库3中的三个存储位，此6个存储位均设于空中，不影响存储 位下方地面空间运行。车型A夹具4需要转运经过A1位置到达A2 或A3位置，再进入夹具存储库3中存储，同样，夹具存储库3中的 夹具4必须到达A2或A3位置等待，待A位置的夹具4经过A1位 置转运走以后，再进入A1位，继而进入A位置。以下将详细描述两 种状态下的车型切换存储情况。

状态一：假定总拼区域正在生产车型A，即将生产车型B，此时 夹具存储库3中有一空位(假定E位，用于存放夹具A)。在车型A 生产过程中，通过X、Y和Z三向输送机构将夹具B转运至A3等待 位，A车型生产结束后，通过X、Y和Z三向输送机构将夹具A从A 位置转运至A1位置，夹具A经夹具到位装置6和夹具底座7.2的配 合从A1位置转运至A2位置，在经过左侧夹具存储库3中的X、Y 和Z三向输送机构的协同作用将夹具A转运至E存储位。当夹具A 离开A1位置时，A3等待位的夹具B经右侧的夹具存储库3的夹具 底座7.2和夹具到位装置6的配合从A3位置转运至A1位置，夹具 到位装置6将夹具B从A1位置转运至A位置，即夹具B到达工作 位。

状态二：假定总拼区域正在生产车型A，即将生产车型B，此时 夹具存储库3中有一空位(假定C位，用于存放夹具A)。在车型A 生产过程中，右侧的夹具存储库3中的夹具底座7.2将夹具B转运至 A3等待位，A车型生产结束后，夹具到位装置6将夹具A从A位置 转运至A1位置，夹具A经夹具到位装置6和左侧的夹具存储库3中 的夹具底座7.2的配合从A1位置转运至A2位置，Y向输送机构8将 夹具A转运至G存储位下方，夹具中转装置5即中转轨道5.1将夹 具A转运至D存储位下方，由右侧的夹具存储库3中的X、Y和Z 三向输送机构配合将夹具A转运至C存储位。当夹具A离开A1位 置时，A3等待位的夹具B经右侧的夹具存储库3中的夹具底座7.2 作用从A3位置转运至A1位置，夹具到位装置6将夹具B从A1位 置转运至A位置，即夹具B到达工作位。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优 点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上 述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明 精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进 都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利 要求书及其等同物界定。