劉天宇

摘 要：本文重點(diǎn)描述了轎車白車身焊接生產(chǎn)線設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，并就虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)在其中的應(yīng)用內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)要描述。

關(guān)鍵詞：轎車白車身;焊接生產(chǎn)線;虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)

當(dāng)前我國(guó)的多數(shù)轎車白車身均以焊接生產(chǎn)流水線的方式進(jìn)行生產(chǎn)，為滿足日益增長(zhǎng)的汽車需求，應(yīng)就焊接生產(chǎn)效率提升以及生產(chǎn)成本降低等要求，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行深入分析，進(jìn)一步提高焊接生產(chǎn)線的先進(jìn)程度以保證其制造質(zhì)量與生產(chǎn)效率。我國(guó)目前與國(guó)外柔性、多車型制造的高自動(dòng)化汽車制造企業(yè)仍有不小的差距，因此更應(yīng)對(duì)焊接生產(chǎn)線進(jìn)行重新優(yōu)化與設(shè)計(jì)，并在其中應(yīng)用合適的虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)以快速提升自身的研發(fā)與制造能力。

1 幾種主要的生產(chǎn)線設(shè)備設(shè)計(jì)

1.1 焊接設(shè)備設(shè)計(jì)

焊接生產(chǎn)線中焊接設(shè)備是基本的構(gòu)成部分，可以將其歸納為兩個(gè)大類：焊機(jī)與焊槍。以車身焊接為例，通常采用電阻焊的方式將各個(gè)零部件進(jìn)行焊接，這種焊接方式的應(yīng)用主要是以電流作為焊接工具，利用不同工件之間存在的電阻使其發(fā)熱融化從而將其連接起來(lái)[1]。按照不同的應(yīng)用手法可以將其分為凸焊、縫焊與點(diǎn)焊，一般車身焊接的過(guò)程中應(yīng)用點(diǎn)焊的方式較多，每生產(chǎn)一臺(tái)轎車大約要經(jīng)過(guò)5000次以上的焊接操作。

轎車白車身焊接生產(chǎn)線以移動(dòng)式焊機(jī)為主，包含滾輪、數(shù)據(jù)線纜、導(dǎo)軌以及焊鉗等，通過(guò)在平面上的自由垂直運(yùn)動(dòng)能夠?qū)Σ煌恢眠M(jìn)行焊接。而控制焊接的電氣柜中又涵蓋了水路控制閥、氣路控制閥以及變壓器等，以方便操作人員根據(jù)部件的不同特性與焊接要求隨時(shí)調(diào)整焊接使用的電流與時(shí)間。其應(yīng)結(jié)合具體的夾具與焊接件情況制定設(shè)計(jì)方案，防止夾具與焊件之間發(fā)生干涉現(xiàn)象。常用的焊鉗臂運(yùn)動(dòng)方式包含X型與C型兩個(gè)種類，兩個(gè)種類分別應(yīng)用于不同的焊接部位（水平與豎直）。

1.2 輸送裝置設(shè)計(jì)

輸送裝置的作用是將各個(gè)獨(dú)立的工件運(yùn)送到合適的位置以進(jìn)行后續(xù)焊接，主要包括循環(huán)式與往復(fù)式輸送裝置。對(duì)于輸送裝置來(lái)說(shuō)，其中關(guān)鍵零件的應(yīng)用強(qiáng)度決定了生產(chǎn)線的生產(chǎn)質(zhì)量，因此必須在實(shí)際使用前對(duì)其進(jìn)行校核，包括強(qiáng)度校核與使用壽命校核等。另外由于在生產(chǎn)線中存在著具有質(zhì)量大、運(yùn)行速度快特性的設(shè)備類型，使得其沖擊慣性較大，為保證正常使用應(yīng)安裝緩沖裝置，以免影響設(shè)備使用壽命、增加安全事故的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 焊接夾具設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)焊接夾具的目的是保證不同工件之間的位置關(guān)系與焊接質(zhì)量，使其即使在焊接過(guò)程中也能保證其不脫離預(yù)定的幾何位置[2]。這種夾具的結(jié)構(gòu)與一般的零件夾具并無(wú)太大差別，包含夾緊、定位、傳動(dòng)等功能，能夠?qū)⒘慵凑請(qǐng)D紙與工藝需求將其固定在對(duì)應(yīng)位置，使得焊縫與焊點(diǎn)符合生產(chǎn)要求。

依據(jù)焊接夾具的不同運(yùn)動(dòng)方式可以將其分為氣動(dòng)、手動(dòng)以及電動(dòng)等，又可以將其分為點(diǎn)固、分總成等，按照不同的工件需求使用固定或移動(dòng)兩種形式的夾具類型。隨著時(shí)代的發(fā)展與進(jìn)步，焊接夾具的選擇類型也在逐漸增多，以模塊化思路為基礎(chǔ)產(chǎn)生了一種基于氣缸連桿機(jī)構(gòu)的夾緊工具，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)線中僅僅需要知曉角度與具體的零件安裝尺寸即可，但必須遵循沖壓件與夾具之間不發(fā)生干涉現(xiàn)象的基本原則。結(jié)合需要的工件夾緊具體要求后就可以構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)模型，按照強(qiáng)度與壽命等需求挑選合適材料，最終形成符合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件的焊接夾具。

1.4 焊接機(jī)器人設(shè)計(jì)

針對(duì)于柔性車身焊接生產(chǎn)線，作為其中的核心部分，焊接機(jī)器人一直以來(lái)都是保證生產(chǎn)線焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素。即使有車型的更改需要，僅僅需要依據(jù)具體型號(hào)與尺寸改變運(yùn)動(dòng)程序即可，在提高工作效率的同時(shí)也大大減輕了員工的工作量，并充分保證了人員操作安全。其包括控制系統(tǒng)、焊槍、輔助焊接設(shè)備以及焊接控制器等。

2 虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 虛擬環(huán)境構(gòu)建

作為虛擬環(huán)境與設(shè)計(jì)的構(gòu)建基礎(chǔ)，三維CAD系統(tǒng)是設(shè)計(jì)的主要工具。由于白車身的曲面結(jié)構(gòu)較多，僅僅應(yīng)用二維設(shè)計(jì)不僅難度大，且需要繁復(fù)環(huán)節(jié)才能將各個(gè)部件的具體結(jié)構(gòu)表述清楚，浪費(fèi)了大量的設(shè)計(jì)時(shí)間，因此三維CAD系統(tǒng)在虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用環(huán)節(jié)具有十分關(guān)鍵的作用。

當(dāng)前已經(jīng)成熟的虛擬仿真系統(tǒng)主要分為企業(yè)專用、大學(xué)研究以及商品化通用三種類型，已經(jīng)商用化的系統(tǒng)通常較為昂貴，在確定應(yīng)用該種技術(shù)前應(yīng)對(duì)市場(chǎng)環(huán)境以及企業(yè)自身生產(chǎn)線進(jìn)行深入分析，以提高系統(tǒng)的應(yīng)用效果[3]。成熟的系統(tǒng)應(yīng)包含人機(jī)工程分析、運(yùn)動(dòng)仿真等功能，最主要的是能夠?qū)⒄麄€(gè)生產(chǎn)過(guò)程模擬出來(lái)以便于后期對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行完善與優(yōu)化。

2.2 虛擬仿真設(shè)計(jì)

ROBCAD是一種常見(jiàn)的虛擬仿真工具，由于其涵蓋了諸多與焊接生產(chǎn)線相關(guān)的知識(shí)，因此將其應(yīng)用至白車身焊接生產(chǎn)線中極為適合[4]。再加上其與CAD軟件之間非常方便的數(shù)據(jù)傳輸接口，即使有后期的數(shù)據(jù)修改也能將修改結(jié)果直接輸入至仿真系統(tǒng)中，節(jié)約了大量的時(shí)間。在進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)時(shí)由于三維CAD文件中包含的冗余數(shù)據(jù)較多，為了避免影響仿真過(guò)程可以將其轉(zhuǎn)為面片數(shù)據(jù)格式，以最大程度的提高仿真過(guò)程的實(shí)時(shí)性。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)作為汽車產(chǎn)銷大國(guó)，對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行持續(xù)性的優(yōu)化與設(shè)計(jì)是必然過(guò)程，同時(shí)也是提高生產(chǎn)效率、加強(qiáng)創(chuàng)新的重要前提。因此，應(yīng)從電氣、控制等方面對(duì)白車身焊接生產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況選擇添加“工位級(jí)”的機(jī)器人，設(shè)計(jì)更高標(biāo)準(zhǔn)的柔性與多車型混流焊接生產(chǎn)線，以滿足更高的白車身焊接需求，這也是未來(lái)生產(chǎn)線發(fā)展的主要方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]許俊芳.基于ROBCAD的焊裝線的設(shè)計(jì)、規(guī)劃及仿真[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2017.

[2]董鴻儒，王黎青，顧冬等.汽車內(nèi)飾門板的焊接仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2019，32（03）：8-9，12.

[3]李怡林.基于RobotStudio的雙機(jī)協(xié)同工作站仿真設(shè)計(jì)[J].河南科技，2019（25）：14-18.

[4]李鵬.多工業(yè)機(jī)器人圓環(huán)鏈生產(chǎn)線開(kāi)發(fā)及軌跡規(guī)劃與仿真研究[D].西安理工大學(xué)，2017.