劉國(guó)斌 李裕連

【摘 要】隨著技術(shù)的進(jìn)步及人力成本的增長(zhǎng)，機(jī)器人自動(dòng)焊接在小批量、高柔性白車身生產(chǎn)線上應(yīng)用越來(lái)越多，但在一些單一高產(chǎn)量車型生產(chǎn)線中運(yùn)用機(jī)器人進(jìn)行焊接的成本較高。文章介紹的簡(jiǎn)單焊接裝置通過(guò)與工裝的設(shè)計(jì)融合，定位、焊接一體化，結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)定位和焊接，滿足尺寸定位要求，保證產(chǎn)品間隙段差，并解決一些工裝密集、人工焊接人機(jī)工程問(wèn)題或機(jī)器人焊接難布置的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)降本增效。

【關(guān)鍵詞】簡(jiǎn)單焊接裝置;一體化;模塊化;低成本;集成

【中圖分類號(hào)】U463 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）10-0034-03

1 研究背景及問(wèn)題提出

焊接工裝夾具作為保證汽車焊接質(zhì)量的高精尖設(shè)備，夾具的設(shè)計(jì)質(zhì)量、緊湊性、模塊化一直是企業(yè)的重點(diǎn)及難點(diǎn)工作之一。汽車產(chǎn)品總拼焊接零件復(fù)雜，空間狹小，裝配精度要求高，因此簡(jiǎn)單焊接裝備與工裝的一體化設(shè)計(jì)集成研究及標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用尤為重要。

2 問(wèn)題分析及研究對(duì)比

2.1 內(nèi)置式合拼尾門框焊接裝置問(wèn)題分析及研究

尾門框涉及尾燈、后保險(xiǎn)杠、尾門安裝之間的間隙段差，是車身尺寸重點(diǎn)控制區(qū)域，由于定位要求高，此處的工裝比較密集，因此預(yù)留的焊接空間比較有限，既要滿足定位要求，也要預(yù)留焊接空間，不管是人工焊接還是機(jī)器人焊接都很難布置。人工焊尾部這個(gè)位置的焊點(diǎn)，人要站在尾部，目前的輸送線人更難站立，操作手工焊鉗的人機(jī)工程變得更差，此外上下部位置都有定位夾具，空間比較小，焊接容易干涉夾具;機(jī)器人焊接由于受外圍布局所限，地面沒(méi)有多余空間布置機(jī)器人，布局專門的機(jī)器人到空中焊接的成本非常高，機(jī)器人利用率過(guò)低。

圖1為目標(biāo)車型的定位CDLS要求，為了保證整個(gè)尾門框的尺寸，定位夾緊達(dá)到5處，圖2為目標(biāo)車型的尾門框與底板的焊接焊點(diǎn)要求。圖1處圓圈位置處既要求定位，也需要焊接，空間緊湊，焊鉗與定位夾具存在干涉的風(fēng)險(xiǎn)，此次生產(chǎn)線布局緊湊，布置機(jī)器人焊接困難。

2.2 外置式合拼側(cè)框焊接裝置問(wèn)題分析及研究

合拼工位主要是對(duì)下車體、側(cè)圍、頂蓋橫梁進(jìn)行精確定位后進(jìn)行焊接，需要對(duì)各個(gè)零部件進(jìn)行精確定位，夾具較多，夾具分布如圖3所示。通過(guò)人工焊接或者機(jī)器人焊接，焊接通道空間有限，焊槍與夾具干涉，此生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍為50 JPH（64.8 s/臺(tái)）單一車型生產(chǎn)。

3 技術(shù)解決方案及詳細(xì)結(jié)構(gòu)分析

3.1 內(nèi)置式合拼尾門框簡(jiǎn)單焊接裝置解決方案

針對(duì)零件定位精度要求高、定位密集的區(qū)域，考慮把定位焊接與夾緊功能集合在一起，滿足尺寸定位精度與焊接要求。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有夾具的研究，將定位夾具、焊接夾具都集成到主夾具上，定位完成后，利用夾具自帶的焊接機(jī)構(gòu)焊接尾門框定位焊點(diǎn)，詳細(xì)夾具結(jié)構(gòu)如圖4所示，通過(guò)集成焊接定位功能的一體化裝置就可以完成定位焊接。

此裝置工作原理由引出焊點(diǎn)焊銅板、定位夾具A/B/C、焊鉗、導(dǎo)電電纜、滑移裝置組成，通過(guò)固定的定位夾具A夾住車身零件（尾門框）進(jìn)行零件粗定位，滑移裝置帶動(dòng)定位夾具B＼C及焊鉗往下運(yùn)動(dòng)直至滑移到位，定位夾具B＼C夾緊對(duì)車身零件進(jìn)行精確定位，然后焊鉗夾緊零件，人工使用電阻點(diǎn)焊焊鉗對(duì)銅板進(jìn)行導(dǎo)電，通過(guò)導(dǎo)電電纜的傳導(dǎo)，在焊鉗處形成回路進(jìn)行焊接，完成焊接過(guò)程后將夾具、焊鉗打開(kāi)，回縮完成零件整個(gè)焊接定位過(guò)程。引出焊點(diǎn)焊銅板與滑移機(jī)構(gòu)固定在夾具框架上。

3.2 外置式合拼側(cè)框簡(jiǎn)單焊接裝置解決方案

圖5為總拼工位外置式合拼側(cè)框，操作人員主要站在頂部裝件和焊接，中下部的定位焊點(diǎn)人工焊接工程都比較困難，通過(guò)簡(jiǎn)單焊接裝置應(yīng)用，中下部的焊點(diǎn)自動(dòng)焊接，人工只負(fù)責(zé)上部的焊接及裝件。前后側(cè)門門框、尾門框的焊點(diǎn)通過(guò)固定焊鉗焊接，每把焊鉗實(shí)現(xiàn)1～2點(diǎn)焊接，側(cè)圍裙邊焊點(diǎn)通過(guò)私服機(jī)構(gòu)帶動(dòng)焊鉗繼續(xù)焊接，一把焊鉗可以實(shí)現(xiàn)10～15點(diǎn)焊點(diǎn)的焊接（如圖6所示）。

通過(guò)簡(jiǎn)單焊接裝置在外置式合拼側(cè)框上的應(yīng)用（如圖7所示），滿足定位的情況下，該技術(shù)融合夾具機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、焊機(jī)、焊鉗、自動(dòng)化控制等系統(tǒng)，綜合考慮人機(jī)工程及設(shè)備成本，替代了中下部人工操作及使用機(jī)器人方案。

該裝置在公司多條焊裝線上內(nèi)置式夾具中使用，解決了此處焊接可達(dá)性問(wèn)題，提高焊點(diǎn)質(zhì)量，保證車身尺寸的穩(wěn)定性。利用該裝置既可以實(shí)現(xiàn)替換人工焊接，解決人機(jī)工程問(wèn)題，提升焊接自動(dòng)化，減少人工操作，又不需要增加機(jī)器人等高成本設(shè)備，工程性價(jià)比高。

4 簡(jiǎn)單夾焊一體化裝置的集成方法

（1）根據(jù)技術(shù)方案和詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析方案，在公司的tcAE系統(tǒng)里面將產(chǎn)品數(shù)據(jù)、原有的機(jī)器人數(shù)據(jù)、安全護(hù)欄設(shè)施等全部裝配成一個(gè)虛擬裝配。

（2）根據(jù)工藝焊點(diǎn)布局及焊鉗選型，將焊鉗數(shù)據(jù)裝配到焊接位置并根據(jù)焊接情況放置合適的角度，保證焊接盡量垂直，并盡可能減少安裝的角度，降低加工難度和提高設(shè)備精度。

（3）根據(jù)主夾具框架、焊鉗位置等輸入，設(shè)計(jì)定位夾具A/B/C，里面設(shè)計(jì)滑移切換結(jié)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)等小機(jī)構(gòu)。

（4）根據(jù)焊鉗、定位夾具、滑移機(jī)構(gòu)等，設(shè)計(jì)一體式裝置里面的焊鉗導(dǎo)電部分，包括導(dǎo)電銅排、導(dǎo)電電纜等。

（5）設(shè)計(jì)完成后檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)本身運(yùn)動(dòng)有沒(méi)有受到干涉的影響，檢查完影響后放到主線系統(tǒng)進(jìn)行仿真，檢查完后整改問(wèn)題和鎖定數(shù)據(jù)。

（6）尾部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，焊接裝置、夾緊裝置、集成數(shù)模都設(shè)計(jì)成獨(dú)立單元，按絕對(duì)坐標(biāo)放置，其他項(xiàng)目只需根據(jù)焊接位置及定位需求，整體裝配再調(diào)整定位點(diǎn)變化就可以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)化應(yīng)用。

5 結(jié)論

（1）該狹小空間夾焊一體化裝置模塊化后，在各主流軟件簡(jiǎn)單集成，可以解決所有其他車型緊湊位置定位焊接問(wèn)題;模塊化后應(yīng)用簡(jiǎn)單，只需要簡(jiǎn)單更改連接件就可以實(shí)現(xiàn)在不同車型的應(yīng)用。夾焊一體化裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，制造成本低，價(jià)值高，應(yīng)用前景廣闊。

（2）該定位焊接裝置通過(guò)引出焊方式，巧妙地減少變壓器和焊接控制器的布置，減輕機(jī)械機(jī)構(gòu)的重量;優(yōu)化了電纜布置，用軟電纜實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)間的連接;減輕主夾具的重量，提高機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性，滿足主夾具的重量約束要求。引出焊點(diǎn)位置布局在定位后橫梁附近，利用現(xiàn)有機(jī)器人就可以焊接，充分利用設(shè)備，節(jié)省人員投入和設(shè)備投入。

（3）通過(guò)軟件設(shè)計(jì)模擬，充分分析定位需求、焊接要求，通過(guò)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)定位和焊接功能的融合。研究開(kāi)發(fā)的一體夾焊結(jié)構(gòu)，用小巧結(jié)構(gòu)高度集成化多功能，滿足各區(qū)域的要求;通過(guò)有效的工裝設(shè)計(jì)，解決定位點(diǎn)焊接問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)低成本高價(jià)值的目標(biāo)，充分發(fā)揮自身設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，也為高精尖夾具的快速設(shè)計(jì)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，攻破狹小復(fù)雜空間夾具定位焊接設(shè)計(jì)的技術(shù)難關(guān)。

參 考 文 獻(xiàn)

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