孫鳳元

（天津新瑪特科技發(fā)展有限公司，天津 300350）

1 項目工藝流程論述（以北京長安為例）

焊接生產(chǎn)線的整體工藝布局如圖1。

圖1

2 項目的關(guān)鍵技術(shù)

多車型柔性化生產(chǎn)線主要是應(yīng)用一種典型柔性切換機構(gòu)，通過電控集成控制，達到不同車型生產(chǎn)時，不同車型模塊進入生產(chǎn)位置的生產(chǎn)實現(xiàn)。其關(guān)鍵技術(shù)主要包括：柔性總拼倒庫系統(tǒng)、柔性伺服定位系統(tǒng)（NC—LOCATOR）、柔性高速伺服傳輸系統(tǒng)。

2.1 柔性總拼倒庫系統(tǒng)

為了保證重要工位能夠順利完成多車型切換，并著重進行切換機構(gòu)的方案設(shè)計，生產(chǎn)線采用的OPEN GATE 形式柔性系統(tǒng)，可以滿足最大6車型共線生產(chǎn)，換型時間＜16s，夾具后方布置4臺標準型機器人，平臺上方布置4臺下探式機器人，每個機器人完成15～25個焊點。柔性倒庫系統(tǒng)圖如圖2。

圖2 柔性倒庫系統(tǒng)圖

國外的焊接裝備制造企業(yè)，從21世紀初開始，致力于柔性、混型生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)制作?，F(xiàn)在生產(chǎn)線上制作使用的柔性系統(tǒng)，大致分為2大類：

（1）空中懸吊式。主要將不同類型的側(cè)圍夾具庫懸吊在空中，由移送車進行X、Y、Z 3方向的移送，將所需的車型側(cè)圍夾具切換到工作工位。這類設(shè)備的優(yōu)點是節(jié)省地面空間，利用其他設(shè)備和人員的地面配備。但缺點是空中鋼結(jié)構(gòu)要求制作堅固，設(shè)備安裝復(fù)雜，制作成本較高。

（2）地面滑臺式。特點是把不同車型的側(cè)圍夾具庫安裝在地面上，由倒庫滑臺將所需車型的側(cè)圍夾具放置在離工作滑臺最近的空庫中待用，在需要時由工作滑臺將上一個車型的側(cè)圍夾具送出，將待用的所需夾具由拖動滑臺拖入，工作滑臺進入工作區(qū)域。這個倒庫過程稱作車型切換。這類地面設(shè)備占地面積較懸吊式稍大，但制作組裝要方便得多，且便于維護、造價較低、安全性好，符合我國當前國情。在設(shè)計制造過程中采用了該方式，設(shè)計的倒庫滑臺為2臺，且布置在工作滑臺兩側(cè)，可以將車型夾具切換效率提高一倍，同時該布局方式縮短了倒庫夾具庫在垂直于主線方向上的排列長度，提高了車間有效使用面積。將拖動滑臺安置在倒庫滑臺上，使得兩側(cè)的側(cè)圍庫（以6車型計算）節(jié)省了10臺拖動滑臺及相應(yīng)的伺服電機，在節(jié)省了設(shè)備造價的同時，也最大程度節(jié)省了能源。目前研制成功的該款新型設(shè)備，在換型定位精度上達到了國外同類設(shè)備水平，換型效率上提高了將近一倍。且X、Y、Z 3方向上實現(xiàn)自動定位鎖緊，并可以實現(xiàn)電、氣的自動快速連接。以上生產(chǎn)線全部由機器人進行抓件、移行、點焊及涂膠等操作。機器人操作能夠在最大程度上節(jié)省工作時間，保證車身焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性，車型的選擇及生產(chǎn)線相應(yīng)設(shè)備、機器人焊接程序的選擇，全部由電控系統(tǒng)統(tǒng)一集成控制。

2.2 柔性伺服定位系統(tǒng)（NC—LOCATOR）

NC—LOCATOR是一個可編程、高柔性，具有高重復(fù)定位精度的伺服定位裝置，其可以滿足A0（車長4000mm）至C級車（車長5000mm）的定位需求。結(jié)構(gòu)特點：該設(shè)備選擇伺服電機同步帶、絲杠驅(qū)動方式。同步帶能夠緩沖傳動沖擊和振動，因此具有傳動噪聲小的特點，不需要潤滑，能夠滿足高轉(zhuǎn)速傳動的需要，而且同步帶需要的安裝空間小，具有較好的環(huán)境適應(yīng)能力；絲杠傳動具有剛性好、可以傳遞較大扭力、位置準確的優(yōu)勢，結(jié)構(gòu)組成如圖3。

圖3 定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

每個NC—LOCATOR為1套X、Y、Z 3方向平移伺服系統(tǒng)，由6大部件組成，分別是：X軸機架、X軸滑臺、Y軸機架、Y軸滑臺、Z軸機架、Z軸滑臺。3向最大位移量分別為500、200、500mm，重復(fù)定位精度0.1mm，單個定位器負載100kg。

X軸上的電機驅(qū)動絲桿，帶動X軸滑臺移動，Y軸機架固定在X軸滑臺上，隨滑臺一起移動。Y軸上的電機驅(qū)動絲桿，帶動Y軸滑臺，Z軸機架安裝在Y軸滑臺上，與Y軸滑臺一起運動，Z軸機架的電機驅(qū)動絲桿帶動Z軸滑臺移動。NC—LOCATOR可實現(xiàn)3軸聯(lián)動，3臺伺服電機皆與控制柜相連，可由程序控制NC—LOCATOR完成空間定位。工作基板安裝在Z軸滑臺上。工作基板上安裝終端執(zhí)行機構(gòu)，如定位銷機構(gòu)、夾緊機構(gòu)，其特點如下：

（1）NC—LOCATOR是一款完美的可編程線性變位機，通常用于攜帶工裝并進行變位，以配合同一夾具夾持的不同工件，各軸可同步配合運行，形成一套可編程工裝系統(tǒng)。

（2）NC—LOCATOR的輸送速度、加速度及軸停止位均可編程設(shè)定，是一種適用廣泛的智能化工裝系統(tǒng)。

（3）NC—LOCATOR精心設(shè)計，安裝簡單、便于維護。各軸相對獨立，一旦設(shè)備失靈，可方便地將故障軸與其他軸分離，進而進行檢驗維修。

（4）NC—LOCATOR的性能特征具有優(yōu)異的重復(fù)定位精度，能確保工裝的幾何定位可靠無誤。

（5）NC—LOCATOR結(jié)構(gòu)剛穩(wěn)，在荷重下也能保持幾何精度，可媲美固定式工裝。

（6）防護周全，結(jié)構(gòu)緊湊，是嚴苛工業(yè)環(huán)境中的理想解決方案。

2.3 柔性高速伺服傳輸系統(tǒng)

生產(chǎn)線采用柔性高速伺服輸送系統(tǒng)，傳輸速度可達80m/min，在滿足5個車型混線輸送要求的同時，要求6.5m節(jié)距的輸送節(jié)拍小于10s，且定位精度誤差小于1mm，這是在承接柔性線時遇到的新難題。北京長安新建的焊接總成輸送線提出了6個車型混線輸送的要求。由于車型多、速度快、定位精，且有18個工位，若采用傳統(tǒng)的地面輸送結(jié)構(gòu)，會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)龐大，電機功率過大，影響車間電網(wǎng)平穩(wěn)運行的弊端。為解決這一難題，采用分段驅(qū)動的設(shè)計方式，每3個工位布置1臺伺服電機，用控制程序保證其同步運行，這樣每臺電機功率較小，保證車間電網(wǎng)的平穩(wěn)運行。根據(jù)車型多的特點對6個車型進行仔細分析，努力尋找車身近似度大的區(qū)域作為拖點位置，最大程度地減少拖點數(shù)量，使拖點少而精，最終每個工位僅4個拖點。在非金屬托快上，根據(jù)車體寬窄情況作出溝槽，利用車體裙邊突出部分進行Y向定位，成功解決了多車型混線難題。生產(chǎn)線采用柔性高速伺服傳輸系統(tǒng)，傳輸速度可達80m/min，主線6500mm工位節(jié)距往返時間＜15s，工件頂升采用帶鎖氣缸，前進后退驅(qū)動采用大功率同步伺服電機。柔性傳輸線的定位銷和定位卡槽按照車輛分級定義后，原則上可以滿足全尺寸的轎車，SUV、MPV的白車身傳輸需求。

3 結(jié)語

汽車行業(yè)屬于國家重點扶持和發(fā)展的行業(yè)，具備一定的帶動市場需求，增加上下游產(chǎn)業(yè)鏈就業(yè)機會，增加國家經(jīng)濟實力的作用。作為上游企業(yè)，焊接生產(chǎn)線行業(yè)也必然會隨著汽車行業(yè)要求的提高，而得到自身的發(fā)展。隨著國家工業(yè)的快速發(fā)展，汽車工業(yè)迎來了高速發(fā)展的良好契機。促使越來越多的汽車廠家不斷地推出新的車型，以提高市場份額。車型的更新?lián)Q代對于焊接生產(chǎn)線的設(shè)計使用周期都提出了更高的要求。多車型柔性化生產(chǎn)線成為最適應(yīng)市場需求的焊接生產(chǎn)線發(fā)展趨勢。同時機器人操作的增多，也必然會提高生產(chǎn)綱領(lǐng)，保證白車身焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性和統(tǒng)一性。多車型柔性生產(chǎn)線技術(shù)的開發(fā)和成熟，能填補國內(nèi)技術(shù)空白。轉(zhuǎn)化為成熟技術(shù)之后，對國內(nèi)焊接生產(chǎn)線產(chǎn)業(yè)有廣泛市場前景和推廣前景。通過此技術(shù)的發(fā)展，可以為國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)節(jié)省資金，縮短車型上市周期，爭取市場份額。