Automobile Technology & Material
对商用车传统轮辋生产线自动化改造升级工艺方案的探讨
250101） （中国重汽集团设计研究院有限公司，济南 摘要：针对某商用车企业现有传统轮辋生产线制造工艺落后、用工较多、劳动强度大的情况，基于进一步提升车轮质量和生产线自动化水平，对现有生产线自动化改造工艺方案进行探讨。本方案引进了轮辋自动弯曲生产单元、机器人视觉引导系统、机器人柔性打磨系统、轮辋轮辐自动焊接工作站等生产单元，通过搬运机器人、搬运专机与自动输送辊道相配合的方式实现了车轮生产线自动化连线生产，并对生产线改造费用估算情况以及产生的效益进行了阐述，以期能给车轮生产企业生产装备的提升带来一定的借
1前言
车轮是介于轮胎和和车轴之间所承受负荷的
2
旋转组件，通常由轮辋和轮辐 个主要部件组成。轮辋是在车轮上安装和支承轮胎的部件，轮辋可分为四大部分，分别是轮缘、胎圈座、凸峰、轮辋深
[1]。轮辐是在车轮上介于车轴和轮辋之间的支
槽
承部件。目前，不管是商用车还是乘用车所采用的车
2
轮按材质基本上分为 种，即钢制车轮和铝合金车轮。长期以来钢制车轮在汽车车轮中占主导地位，近年来，铝合金车轮以其质量轻、更好的圆度和均质性、美观等优势取得市场的认可，钢制车轮的市场份额呈下降趋势。但是由于钢制车轮在低
作者简介：陈显君（1986—），男，工程师，硕士学位，研究方向为汽车工厂焊装生产线规划设计。成本和安全性方面具有较大的优势[2]，所以在大批
量生产的轿车和轻型商用车中，还是采用钢制车轮。尤其是在商用车领域，载重汽车车轮大部分是钢材制造的。
钢制车轮大都采用分体式的车轮结构，即轮辋与轮辐分开制造，然后通过压装焊合在一起。由于轮辋与轮辐的作用和受力情况不同，一般采用不同的钢材进行制造，其中轮辋的制造技术是
3
关键。目前钢制轮辋制造工艺主要有以下 种：型钢钢带卷-焊工艺、平板钢带卷-焊-滚型工艺、无
缝钢管旋压-滚型工艺[3]。本次方案即是针对某商
用车企业型钢钢带卷-
焊工艺车轮线进行的自动化改造工艺方案的探讨。
2 2.1
生产线现状
产品
零(部)件名称：8.0-20轮辋体带轮辐焊接总成/
8.5-20
轮辋体带轮辐焊接总成。
工件质量：45 kg。
现有工艺流程
现有的生产流程依次为型钢检验、剪料检验、圈圆、对口、切口、二次对口、对焊、刮渣、压焊缝、修磨锁圈槽处焊缝、修磨轮辋外圆焊缝、修磨轮辋内圆焊缝、精修轮辋外圆焊缝、精修轮辋内圆焊缝、修磨轮缘端面、扩张、压缩、车内孔、冲气门孔、压装点焊、修磨气门孔毛刺、焊内环缝、焊外环缝、焊接气门嘴锁钩、修磨内外毛刺、打标记、车总成內辐底、终检转抛丸工序。
2.3 现有设备情况
1
生产线目前主要设备如表 所示。2.2加,工成本增加，同时造成原材料浪费；
b.现有生产线不同工序转运采用简易辊道，上
下件全靠人工搬运，劳动强度大；
c.车轮闪光对焊焊缝打磨工位，作业环境差，
用工人数多，劳动强度大，急需解决；
d.轮辋轮辐焊接为焊接专机，人工上件，劳动
强度大、工作环境差。
4 4.1
自动化改造技术方案方案概述
些落后的生产设备进行淘汰，针对车轮厂轮辋车间目前存在的问题，拟对现有生产线进行技术改造，主要针对以下几点：
1
新增筒体板料成型设套 套，替代现有的圈圆机，采用新设备后可以去掉圈圆后对口、切口工序和二次对口工序。把现有输送方式改为自动辊道输送。工序上下件采用机器人和专机的形式自动上下件，对于需要人工辅助的工位，采用助力机械手的方式。需要对轮圈位置识别的关键工序增加视觉识别系统。
对现有的人工打磨方式予以淘汰，采用机器人柔性打磨系统，配套有打磨间及除尘系统。
对现有的内外环缝焊接专机予以淘汰，采用机器人双丝弧焊技术对工件进行焊接，可实现一次焊接成型。
增加了自动检测单元，实现对无内胎车轮总成动（静）不平衡量及跳动自动在线检测。
2
自动化生产线主要设备明细表如表 所示。4.3.1
车轮自动弯曲成型单元车轮自动弯曲成型加工单元由水平上料机构、型材板头预弯机、筒体型材四辊弯曲机、出料机械手、筒体输送辊道等机构组成。
水平上料机将料盒内的型材用电磁铁垂直吊起，水平移动至送料平台，由两侧的侧对料导正板料走向使型材与预弯机、四辊型材弯曲机垂直，自动送入，圈圆完成后由桁架机械手（带焊缝定位装置）直接搬运至闪光对焊机中定位加紧，完成焊接工作，焊接完成后由同一个桁架机械手把成型后的轮辋放入输送辊道转入下道工序。采取预弯配合四辊弯曲机可以使轮辋一次成型，不用再后续对口、切口、二次对口等工序，即可达到焊接精度（轴
2mm 5mm
向 ，径向 ），减少工序，同时节约原材料。
4.3.2
带视觉引导机器人搬运系统
2D
搬运机器人配合 视觉系统实现对轮圈位置的自动识别，配合自动输送辊道可以实现工件的自动转运及上下件。
主要是通过视觉系统软件设置，建立视觉画面上的点位与机器人位置相对应关系。对工件进行视觉成像，与已标定的工件进行比较，得出偏差值，即机器人抓放位置的补偿值，实现机器人自动抓放。该技术实现了机器人在无夹具定位工件情
3
况下的自动柔性搬运。搬运系统如图 所示。4.3.3
机器人柔性打磨系统
1台搬运机器人、2台
机器人自动打磨工序有
打磨机器人、1 3
套 工位旋转打磨工作台组成，工件通过自动辊道输送至打磨房，搬运机器人（载重
100 kg），抓取工件（轮圈）至打磨工作台上，旋转120°后，打磨机器人1
粗打磨，粗打磨完成，打磨工
120°，打磨机器人2
作台再旋转 进行精细打磨，打磨完成后工件回到初始上件位置，由搬运机器人把打磨完成的工件放入自动输送辊道，搬运机器人开始抓取下一个工件，完成一个循环。机器人
4
打磨系统如图 所示。
ATI
机器人打磨系统通过机器人打磨 传感器（力矩传感器）实现对工件的柔性打磨。
ATI Net Box
力矩传感器包含 数据运算盒，和
ATI传感器，ATI 6
传感器有 个不同的电流变化量
Net box，net box
输出给 通过自身的计算可直接给机器人力的信号，机器人做出力的反馈。机器人
Soft move T ATI
自身安装 力控软件，与外接 轴的 力矩传感器外部反馈信号形成配合，分别是X向、Y
6
向、Z向及X向转动、Y向转动、Z向转动 个方向的力的电流信号，打磨工具为固定式电主轴（固定电机无缓冲），使机器人真正实现力的柔性智能控制，比较适合钢焊缝不一致性的情况，使机器人能够针对不同焊缝状态自动调节，达到相同的打磨
3mm
效果。比如该处焊缝可能高度为 ，也可能为
5mm
，机器人通过力的传感器所反馈力的大小，自动调节打磨该处位置焊缝的力。
4.3.4
轮辋自动扩张压缩单元
2 3轴机械手、1套输送辊道、1
新增 台 台自动
2 630 t
翻转机，配合原来 台 压力机实现对轮圈扩张和压缩单元的自动化改造。自动扩张压缩单元
5
方案如图 所示。右侧机械手从自动输送线上抓取工件，行走至压机加工处装入工件，压机动作完成轮辋扩张工序，同机械手从压机台面上抓取工件放入中间
180°，自动输送
输送线上，工件在自动翻转机翻转
2
到压机第 上料工位；左侧机械手从输送线上抓取
2
工件并上料至第 台压机处，压机动作完成轮辋压缩工序，同机械手取出工件放置在工件放置区或自动输送辊道上。4.3.5
车轮总成焊接工作站该焊接单元采用自动化操作，实现车轮总成轮辋与轮辐的自动焊接，该过程无需人工操作，整个单元由搬运机器人、弧焊工作站、焊枪清理站、焊烟处理装置及确保焊接完成的辅助装置组成。采用机器人双丝弧焊技术对工件进行焊接，
4台焊接机器人，4
焊缝形式为船型环焊缝。采用
3
工位焊接方式，每工位设一个 轴变位机辅助焊
接，提高焊接机器人使用效率，1 4
台搬运机器人为个焊接工位及打磨工位上下件。整个焊接单元布置在安全房内，安全房设有整体除尘装置，工件来料和送料均由辊筒传输线输送。
4.3.6
电气控制系统
Rockwell PLC
电气系统构成由 控制系统组成，对原有设备的控制系统进行改造，以实现和机器人、抓手、夹具、自动输送辊道的信息互通。
4.3.7
改造费用估算
1 575
此次生产线改造升级方案费用估算约
3
万元，生产线改造费用估算表如表 所示。
5
结束语
40
项目改造前用工人数约 人，项目实施后整
10
条线在线工人数量约 人，单班组织生产可减少
30
工人约 人，节约管理成本。通过对现有圈圆工
168 t，减少了现有
艺的改进，每年可以节约原材料工序数量，通过对平面布局的优化可以减少生产
境。通过对商用车车轮总成生产线自动化方案的探讨，希望能给车轮生产企业生产线及生产装备的提升带来一定的借鉴和参考价值。
参考文献：
[1] 童恬. 现代乘用车无内胎钢制车轮轮辋制造技术[J].
汽车工艺与材料, 2011(2):21-24.
[2] 陆培明, 钱春华, 童恬.
汽车钢制车轮行业的现状和趋势[J]. 汽车工程, 2006(5):94-97.
[3] 韩志永, 王磊, 惠炳威.
浅谈钢制车轮的生产及质量改进[C]//. 第九届河南省汽车工程技术学术研讨会, 2012.
各位委员、各位代表：由中国汽车工程学会汽车材料分会主办的中
22
国汽车工程学会汽车材料分会第 届学术年会，
2020 10
拟定于 年 月（视疫情发展和会议筹备情况会做调整），在福建省福州市召开。本次会议由中铝瑞闽股份有限公司承办。热忱邀请国内外相关行业领域包括企事业单位、高等院校和研究院所的专家学者及工程技术人员踊跃撰写学术论文，优秀论文将收入会议论文集，并择优推荐至《汽车工艺与材料》期刊发表。
本次年会的主题为“汽车核心、关键材料制备及应用技术”。大会将特别邀请国内外知名专家参会，同时有专家特邀报告和生产、应用和研究领域专题报告。
会议期间将召开第九届汽车材料分会委员会三次会议，望全体委员尽量参加本次会议或指派代表参加。
2020
会议具体酒店、会务费及其他事宜，待 年
9 2
月中旬第 轮通知。
1. 中国汽车工程学会第九届汽车材料分会委员会组成
名誉主任委员：敖炳秋褚东宁名誉副主任委员：柏建仁冯美斌曹正名誉委员：蔡燮鳌程世长付俊岩黄泽民
唐新民主任委员：康明副主任委员：马鸣图陆匠心杨如松郭爱民
郑虹李飞鹏王智文范家春秘书长：王勇2.
a.大会报告
大会报告将围绕会议主题展开。b.分组交流
将按结构钢、钢板、有色铸造材料、理化检验及失效分析等内容设置分组，设置会议主题，围绕各专业热点话题、关键技术与装备及新的进展进行交流和研讨。3.
会议形式
征文范围
a.钢板的开发与应用技术；
(弹簧钢、齿轮钢、微合金非调质钢， b.特殊钢
易切削钢、不锈钢和耐热钢、轴承钢、铆螺钢等)开发及应用技术；
c.铸钢（铁）材料开发与应用技术； d.铝、镁合金材料的开发及应用技术； e.其它汽车用材的开发与应用技术； f.汽车材料的成形技术、连接技术、表面处理技术和加工技术；
g.汽车材料的试验检测方法、材料评价技术，材料数据库；
h.汽车金属材料及零部件理化检验及失效分析。
4.
投稿须知
a.论文要求：符合主题，内容充实，学风严谨，
未曾正式发表。b.论文征集截稿日期：2020 8 31
年 月 日。请务附件：必于截稿日期前将电子版及回执表(见附件)
发到会务组。
会务组联系方式：
联系人：王勇
手机：15971905328 E-mail：wy_0124@163.com
主 办：中国汽车工程学会汽车材料分会承 办：中铝瑞闽股份有限公司支持媒体：汽车工艺与材料，汽车材料网此会议通知复印件有效，请代为转发同行。