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        白車身柔性總拼技術(shù)研究及在焊裝生產(chǎn)線中的應(yīng)用

        2019-12-10 09:08:14劉大順邵珊珊
        時(shí)代汽車 2019年16期
        關(guān)鍵詞:柔性化白車身

        劉大順 邵珊珊

        摘 要:白車身總拼是指將左右側(cè)圍、下車體等分總成拼合后,焊接成為一個(gè)精確、穩(wěn)定的車身結(jié)構(gòu)。柔性化總拼技術(shù)能夠解決產(chǎn)品多樣性、快速替換性的難題,給汽車制造業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。本文介紹了幾種主流的柔性總拼方式的形式、原理、特點(diǎn)等,為白車身焊裝生產(chǎn)線中最重要的環(huán)節(jié)提供多元化解決方案。

        關(guān)鍵詞:白車身;焊裝;柔性化;總拼;車型切換

        當(dāng)今汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈、車型更新?lián)Q代速度越來(lái)越快,消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品多樣化、個(gè)性化也有越來(lái)越高的追求。為順應(yīng)這一趨勢(shì),縮短車型開發(fā)周期、降低投產(chǎn)制造成本,柔性化生產(chǎn)日益凸顯其重要性。焊裝是汽車制造中重要的一道工序,白車身總拼工位又是焊裝車間內(nèi)最復(fù)雜、最重要、也最容易成為生產(chǎn)瓶頸的工位,本文研究的正是這重中之重。

        汽車柔性化生產(chǎn)是指在同一條生產(chǎn)線上能夠兼容多種車型、并根據(jù)訂單或生產(chǎn)計(jì)劃即時(shí)切換。本文所述的隨機(jī)切換,是指可任意切換車型的完全混線生產(chǎn),切換時(shí)間損失不影響產(chǎn)能輸出;而批量切換是指每種車型生產(chǎn)一定批量后才允許切換其他車型,車型切換的時(shí)間損失均攤到每個(gè)工藝循環(huán)節(jié)拍內(nèi),仍能達(dá)成目標(biāo)產(chǎn)能。

        根據(jù)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn),白車身主拼通常分為單主拼和雙主拼兩種形式。

        單主拼是指對(duì)車身下部總成、左/右側(cè)圍總成、衣帽板、頂蓋橫梁等進(jìn)行精確定位,在一個(gè)工位焊接后,使其成為一個(gè)穩(wěn)定的白車身,見圖1。

        雙主拼是指白車身總成需要兩次主拼,側(cè)圍分為側(cè)圍內(nèi)板總成和側(cè)圍外板總成,第一次主拼將車身下部總成、左/右側(cè)圍內(nèi)板總成、衣帽板、頂蓋橫梁等焊合,第二次主拼再拼合側(cè)圍外板總成,見圖2。

        雙主拼形式有諸多優(yōu)勢(shì):其一,因側(cè)圍內(nèi)部結(jié)構(gòu)分兩次上件、焊接,故可減少車身上CO2焊縫數(shù)量,增強(qiáng)車身結(jié)構(gòu)性能;第二,可減少側(cè)圍外板轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程導(dǎo)致的表面缺陷;第三,可減少尺寸鏈,側(cè)圍外板焊接匹配面精度高(頂蓋激光焊縫位置)。雙主拼形式帶來(lái)的弊端也顯而易見,生產(chǎn)占地面積大,工位數(shù)量多,設(shè)備投入多,生產(chǎn)存在更多的潛在故障,綜合開動(dòng)率低;而且門洞或風(fēng)窗止口存在止口邊不平齊的風(fēng)險(xiǎn)。

        無(wú)論單主拼還是雙主拼,主拼系統(tǒng)的原理和切換形式是相似的。根據(jù)工廠Block面積、產(chǎn)能規(guī)劃、共線車型數(shù)量、車型切換頻率等信息,白車身柔性總拼系統(tǒng)主要使用以下幾種形式:

        1 機(jī)器人抓手Frame形式

        車身下部總成輸送到位后,機(jī)器人抓具分別抓取左/右側(cè)圍總成、頂橫梁、衣帽板等,通過(guò)抓手扣合形成一個(gè)精確、穩(wěn)固的框架式結(jié)構(gòu);焊接機(jī)器人進(jìn)行GEO焊接后,抓件機(jī)器人再將抓手取下,車身輸送到下一工位,機(jī)器人攜帶抓具進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)程序。

        這種抓手Frame主拼的優(yōu)點(diǎn)是:布局緊湊、占地面積小,柔性化非常強(qiáng),通過(guò)機(jī)器人更換抓手就可以無(wú)限擴(kuò)展車型;16秒就可以完成一次車型切換,車型切換基本不損失產(chǎn)能,可以做到隨機(jī)混產(chǎn);上件和焊接在同一工位完成,是無(wú)預(yù)拼工藝的車型最好的解決方案。同時(shí)也因?yàn)樯霞秃附釉谕还の?,取件、涂膠、上件均占用主拼節(jié)拍,有較大的產(chǎn)能限制,僅適用小于36JPH的低節(jié)拍生產(chǎn)線。另外,相對(duì)于其他形式,此種主拼形式可靠性略差,抓手自身的剛度、強(qiáng)度和精度是決定車身焊接質(zhì)量的關(guān)鍵,對(duì)抓手的設(shè)計(jì)能力和加工能力均是考驗(yàn)和挑戰(zhàn),一旦抓手發(fā)生變形,整車精度將無(wú)法保障,見圖3。

        2 內(nèi)置式定位夾具形式

        這種總拼形式常見于通用系,適用于先預(yù)拼的車型。主拼夾具通過(guò)升降柱從工位頂部落下,與其他主拼形式明顯不同的是它是從白車身內(nèi)部定位夾緊,焊接機(jī)器人進(jìn)行GEO焊接后,總拼夾具松開定位并上升到等待位。車型切換庫(kù)位存儲(chǔ)在空中,不占用地面空間。因夾具要從工位上方垂直升降,為避讓干涉,對(duì)廠房承載、車身結(jié)構(gòu)和夾具結(jié)構(gòu)均有特殊要求,通用性較差,見圖4。

        3 Gate主拼形式

        Gate形式是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的主拼形式,側(cè)扇夾具Y向滑移并對(duì)所有分總成定位夾緊,多臺(tái)焊接機(jī)器人進(jìn)行GEO焊接,完成后側(cè)扇夾具打開并退回到等待位,焊接好的白車身輸送到下一工位。它既可用于無(wú)預(yù)拼工藝的車型,也可用于有預(yù)拼工藝的車型。通過(guò)擴(kuò)展庫(kù)位可實(shí)現(xiàn)多車型共線,它能夠適應(yīng)多種BOP,具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、精度可靠、易于控制、柔性高等特點(diǎn)。根據(jù)線體Block長(zhǎng)寬、車型切換頻率等邊界條件限制,可選擇適當(dāng)?shù)膸?kù)位數(shù)量和存儲(chǔ)形式來(lái)滿足不同的需求,見圖5。

        常見的庫(kù)位存儲(chǔ)及切換形式分為以下幾種形式:

        3.1 滑移夾具庫(kù)

        圖6為某公司分別為1~4種車型共線設(shè)計(jì)的滑移夾具庫(kù)總拼方案。

        當(dāng)線體僅規(guī)劃1種車型時(shí),單側(cè)僅有一個(gè)可Y向滑移的庫(kù)位;增加車型時(shí),可分別向X正向、X負(fù)向、Y向擴(kuò)展庫(kù)位。每個(gè)庫(kù)位均有切換輸送單元,通過(guò)伺服電機(jī)耦合實(shí)現(xiàn)夾具在庫(kù)位內(nèi)移動(dòng)切換。

        3.2 轉(zhuǎn)臺(tái)切換型

        圖7為轉(zhuǎn)臺(tái)切換Gate總拼方案,4個(gè)三面轉(zhuǎn)臺(tái)可實(shí)現(xiàn)4車型隨機(jī)切換或6車型批量切換。若為4車型隨機(jī)切換的前提,在總拼工位焊接的同時(shí),A、B兩個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)空置面轉(zhuǎn)向線體側(cè),同時(shí)C、D兩個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)待產(chǎn)車型面轉(zhuǎn)向線體側(cè),當(dāng)車型切換時(shí),在產(chǎn)車型夾具和待產(chǎn)車型夾具同時(shí)移動(dòng),在產(chǎn)車型滑入轉(zhuǎn)臺(tái)庫(kù)位內(nèi),待產(chǎn)車型滑入工作位;此切換過(guò)程與白車身總成輸送同步,不占用工藝時(shí)間。若為6車型批量切換的前提,在工作位焊接的同時(shí),A、B轉(zhuǎn)臺(tái)空置面轉(zhuǎn)向線體側(cè),在產(chǎn)車型夾具滑移到A、B轉(zhuǎn)臺(tái)的空置庫(kù)位后,轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)到待產(chǎn)車型面向線體側(cè),待產(chǎn)車型夾具從轉(zhuǎn)臺(tái)庫(kù)位滑移到工作位,45秒內(nèi)可完成一次車型切換。

        3.3 轉(zhuǎn)轂切換型

        圖8為轉(zhuǎn)轂切換Gate總拼方案,左右共使用4個(gè)四面轉(zhuǎn)轂,可實(shí)現(xiàn)5車型隨機(jī)切換或8車型批量切換。若為5車型隨機(jī)切換的前提,在工作位焊接的同時(shí),A、B兩個(gè)轉(zhuǎn)轂空置面轉(zhuǎn)向線體側(cè),同時(shí)C、D兩個(gè)轉(zhuǎn)轂待產(chǎn)車型面轉(zhuǎn)向線體側(cè),當(dāng)車型切換時(shí),在產(chǎn)車型夾具和待產(chǎn)車型夾具同時(shí)移動(dòng),在產(chǎn)車型夾具滑入轉(zhuǎn)轂庫(kù)位內(nèi),待產(chǎn)車型夾具滑入工作位;此切換過(guò)程與白車身總成輸送同步,不占用工藝時(shí)間。若轉(zhuǎn)轂A與轉(zhuǎn)轂C后部聯(lián)通,轉(zhuǎn)轂B與轉(zhuǎn)轂D后部聯(lián)通,還可實(shí)現(xiàn)6車型隨機(jī)切換。若為8車型批量切換的前提,在工作位焊接的同時(shí),A、B轉(zhuǎn)轂空置面轉(zhuǎn)向線體側(cè),在產(chǎn)車型夾具滑移到A、B轉(zhuǎn)轂的空置庫(kù)位后,轉(zhuǎn)轂旋轉(zhuǎn)到待產(chǎn)車型面向線體側(cè),待產(chǎn)車型夾具從轉(zhuǎn)轂庫(kù)位滑移到工作位,約一分鐘可完成一次車型切換。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        本文介紹了汽車焊裝行業(yè)幾種主流的白車身總拼方案,每種方案在國(guó)內(nèi)汽車廠均有大量的應(yīng)用案例,各生產(chǎn)廠商可根據(jù)自身工廠條件和產(chǎn)品特點(diǎn)選用最適合、可靠、經(jīng)濟(jì)的形式。通過(guò)對(duì)白車身柔性總拼技術(shù)的研究,可以為汽車焊裝生產(chǎn)線的多元化解決方案提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

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