焊裝線合理化設(shè)計(jì)探討

1、焊裝線合理化設(shè)計(jì)探討工藝所 彭振國(guó) 車身廠 馬憶遠(yuǎn)焊裝工藝在汽車白車身制造中起著重要的作用，隨著產(chǎn)品需求多樣化的不斷提高，焊裝線的設(shè)計(jì)、制造都面臨著很大的挑戰(zhàn)，為此，本為就焊裝線結(jié)構(gòu)和夾具的選擇闡述一些觀點(diǎn)。隨著汽車制造技術(shù)的飛速發(fā)展，焊接技術(shù)在汽車白車身的生產(chǎn)中，起到了越來越重要的作用。在我國(guó)，焊裝車間工藝設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)在于焊裝生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)，即采用何種形式的生產(chǎn)線和車身夾具。焊裝線的結(jié)構(gòu)目前使用的焊裝線主要是由輸送部分、工裝夾具、焊接設(shè)備及其他輔助設(shè)備等部分組成，主要結(jié)構(gòu)形式有：交叉臂步進(jìn)式、擺臂步進(jìn)式、滑橇輸送式和臺(tái)車式等。分別介紹如下：1、交叉臂步進(jìn)式焊裝輸送線圖1所示為該焊接線基本原理

2、，調(diào)頻電機(jī)通過齒輪齒條將動(dòng)力傳遞給往復(fù)桿，實(shí)現(xiàn)工件的水平輸送。而往復(fù)桿的上下運(yùn)動(dòng)則由雙作用氣缸推動(dòng)楔鐵平移實(shí)現(xiàn)交叉臂機(jī)構(gòu)的升降運(yùn)動(dòng)來完成，因此，輸送線的重復(fù)精度主要取決于楔鐵的精度，但是，由于楔鐵需要承受較大的摩擦，必須要定期更換；同時(shí)，往復(fù)桿的升降運(yùn)動(dòng)靠氣缸作用于楔鐵運(yùn)動(dòng)副實(shí)現(xiàn)，其沖擊力和噪聲較大。目前，東風(fēng)公司EQ1141G地板線、白車身總成焊裝線；江西昌河公司CH7101左右側(cè)圍總成線、白車身總成焊裝線；昌鈴公司北斗星白車身總成焊裝線等，均采用這種形式的輸送線，并在其中焊裝線的部分工位設(shè)置了點(diǎn)焊機(jī)器人和弧焊機(jī)器人。2、擺臂步進(jìn)式焊裝線圖2所示為該焊裝線的基本原理，從圖中可以看出，工件的水

3、平輸送是調(diào)頻電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)齒輪齒條做往復(fù)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)的，頂升、落下裝置采用電機(jī)帶動(dòng)曲柄旋轉(zhuǎn)1800，從而實(shí)現(xiàn)輸送線本體頂升、落下。其運(yùn)行過程與交叉臂步進(jìn)式相同，只是驅(qū)動(dòng)力由氣缸驅(qū)動(dòng)楔鐵改為電機(jī)驅(qū)動(dòng)曲柄，同時(shí)輔以氣缸支撐，這樣既保證了線體上下運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，又消除了交叉臂步進(jìn)式焊裝輸送線升降時(shí)帶來的噪聲。這種形式的焊裝線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、穩(wěn)定性好、輔助時(shí)間較短、重復(fù)定位精度較高，基本滿足點(diǎn)、弧焊機(jī)器人的使用條件，適用于生產(chǎn)能力為510萬輛/年的生產(chǎn)線。目前，國(guó)內(nèi)很多汽車廠采用該形式的焊裝線，如東風(fēng)天龍白車身總焊線、地板線；哈飛中意微面的左右側(cè)圍總成、白車身總焊線；哈飛路寶、柳微的SPARK白車身總焊線等。3

4、、滑橇輸送焊裝線該焊裝線通過采用往復(fù)桿或輥床輸送滑橇來實(shí)現(xiàn)工件水平輸送，可分為兩種形式：往復(fù)桿輸送滑橇式和輥床輸送滑橇式。工件上、下運(yùn)動(dòng)一般由固定工位的氣動(dòng)或液壓頂升裝置實(shí)現(xiàn)，工件的下線靠電動(dòng)葫蘆或自行電葫蘆完成?；辽涎b有定位裝置，重復(fù)定位精較高，一般為±0.3mm，基本滿足點(diǎn)、弧焊機(jī)器人的使用條件。該工藝布置靈活性較高，可在任意工位通過設(shè)置90°180°旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分支，容易實(shí)現(xiàn)柔性化改造和產(chǎn)能提升改造，另外，對(duì)廠房的長(zhǎng)度限制不如上述兩種線體要求嚴(yán)格。目前，此類輸送線在國(guó)內(nèi)的轎車廠應(yīng)用較多，如神龍公司的206車型的地板線、側(cè)圍線、車門線、白車身總焊線；東風(fēng)本田

5、CRV、思域車型地板線、總焊線等均采用此類輸送線；在微型車方面，長(zhǎng)安之星系列產(chǎn)品、昌河九江公司的焊裝線等采用了滑橇的焊裝線。4、臺(tái)車式焊裝線該線水平輸送是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)臺(tái)車在鋼軌上運(yùn)行或人工推動(dòng)臺(tái)車在軌道中運(yùn)行，采用氣缸頂升裝置實(shí)現(xiàn)工件或臺(tái)車頂升、落下。這種焊裝線可分為整軌式和分軌式兩種，主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、工裝設(shè)備投資較少、占廠房面積?。坏斔途€節(jié)奏較慢、重復(fù)輸送精度較低、很難滿足點(diǎn)、弧焊機(jī)器人的基本應(yīng)用要求。焊裝線的選擇對(duì)于焊裝線結(jié)構(gòu)形式的選擇，首先必須考慮到產(chǎn)品的壽命周期、檔次、年生產(chǎn)能力及投資規(guī)模等，其次結(jié)合本單位的現(xiàn)有的硬件條件（如廠房、布局等），最后要考慮現(xiàn)有的工藝水平和目前國(guó)內(nèi)

6、或本地區(qū)的加工能力等，對(duì)諸多因素進(jìn)行綜合比較來選擇。目前，較為長(zhǎng)用的是采用專家評(píng)審打分的方式來選擇（表1），為各個(gè)需要考察的項(xiàng)目進(jìn)行打分：好為 5分、較好為4分、一般為3分、較差為2分、差為1分。表1 焊裝線結(jié)構(gòu)形式評(píng)價(jià)表焊裝線類型評(píng)價(jià)內(nèi)容總 得 分可行性可靠性經(jīng)濟(jì)性布置性作業(yè)性維修性先進(jìn)性繼承性自動(dòng)化配 備 性交叉臂步進(jìn)式544554455546擺臂步進(jìn)式554554555548滑橇輸送544555444545臺(tái)車式245535332335從表1中可以看出，擺臂步進(jìn)式焊裝線得分最高，但選擇何種形式的焊裝線須根據(jù)具體的設(shè)計(jì)條件、產(chǎn)品質(zhì)量要求、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝分塊來確定。選擇焊裝線時(shí)主要考慮以下幾

7、點(diǎn)因素：生產(chǎn)綱領(lǐng)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。產(chǎn)品性質(zhì)、工藝水平。投資規(guī)模、車間面積、工裝設(shè)備的維修保養(yǎng)技術(shù)水平。在這些眾多影響因素下，其中生產(chǎn)綱領(lǐng)和產(chǎn)品性質(zhì)起決定作用，根據(jù)不同的綱領(lǐng)、不同的產(chǎn)品性質(zhì)選擇不同結(jié)構(gòu)形式。焊裝夾具的選擇對(duì)于白車身而言，其總焊線的裝焊工藝主要由預(yù)裝配、點(diǎn)定、補(bǔ)焊三部分組成，其中點(diǎn)定工序最為關(guān)鍵。焊裝生產(chǎn)線中的總焊夾具決定了白車身的質(zhì)量、生產(chǎn)線的柔性度及生產(chǎn)節(jié)拍等。目前，國(guó)內(nèi)所采用的總焊夾具主要形式有以下3種：1、平移式夾具，如圖3所示，其動(dòng)作順序?yàn)椋狠斔途€將預(yù)裝的白車身送入總焊工位定位夾緊點(diǎn)定，輸送線抬起，將點(diǎn)定成形的車身水平送入后續(xù)的工序補(bǔ)焊。此類夾具的特點(diǎn)是定位精度和可靠性

8、高，但價(jià)格昂貴、占地面積較大，可適用于單排、雙排、臥鋪車的寬窄、高低系列的大批量混流生產(chǎn)、柔性度高。2、鉸鏈翻轉(zhuǎn)式，如圖4所示，此類夾具和平移式夾具的工作原理類似，唯一的區(qū)別是左右側(cè)圍總成的定位組件的打開方式不同：平移式夾具沿垂直于線體輸送方向水平移動(dòng)，而鉸鏈翻轉(zhuǎn)式夾具則是繞鉸鏈軸旋轉(zhuǎn)打開，這樣便于線體輸送、裝配及定位夾緊。其裝配精度較高，且占地面積較小，可是實(shí)現(xiàn)較高的柔性。3、立柱式，此類夾具的特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、維修方便、操作時(shí)接近性好，但其定位精度較低，不適用于自動(dòng)化程度較高的大批量生產(chǎn)和采用焊接機(jī)器人的生產(chǎn)線。圖3 平移式夾具左/右側(cè)圍定位組件氣缸 白車身輸送線體 圖4 鉸鏈翻轉(zhuǎn)

9、式夾具 圖5 立柱式夾具提高焊裝線柔性度的有效途徑在國(guó)外汽車制造企業(yè)的汽車車身生產(chǎn)中，整條焊裝線的任一工位都能實(shí)現(xiàn)不同車型的車身裝焊，而國(guó)內(nèi)汽車制造企業(yè)尚不具備這樣的水平，目前在同一焊裝線上只能進(jìn)行同類型或相似類型的車身焊接，即在基礎(chǔ)車型上實(shí)現(xiàn)寬窄、長(zhǎng)短、高低變換的各車型共線生產(chǎn)。提高焊裝線柔性度可從以下幾方面進(jìn)行考慮：1、傳輸裝置中的托架的柔性設(shè)計(jì)，可根據(jù)所生產(chǎn)和即將轉(zhuǎn)型的車型對(duì)托架進(jìn)行替換。2、夾具結(jié)構(gòu)的柔性設(shè)計(jì)，可將不同車型的定位夾緊部件置于同一夾具中，通過電氣控制來實(shí)現(xiàn)不同車型的柔性生產(chǎn)。另外也可將不同車型的總焊夾具在生產(chǎn)線中分工位布置，但這樣會(huì)增加投資成本、延長(zhǎng)生產(chǎn)線，同時(shí)損失了生產(chǎn)

10、線的生產(chǎn)率。3、焊裝線體整體的升降和各工位的平移參數(shù)在工藝上確定后，進(jìn)行多品種車身混流，對(duì)車身焊接夾具設(shè)計(jì)的模塊化及標(biāo)準(zhǔn)化就有新的要求。夾具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是定位面和夾緊點(diǎn)的設(shè)計(jì)，確定最小的產(chǎn)品定位是簡(jiǎn)化夾具結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，為焊接線每個(gè)工位不同車型的匹配以及焊接的可達(dá)性提供依據(jù)。4、柔性焊裝線的總裝夾具通常采用圖3平移式夾具，不同的是左/右側(cè)圍定位組件是四面體定軸360°旋轉(zhuǎn)，每一面夾具通過定軸連桿機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)最少可變換兩種車型，這樣總裝夾具可焊八個(gè)車型。使用廠家有韓國(guó)起亞，德國(guó)寶馬采用這種型式，但空中增加一個(gè)車身頂蓋四面體旋轉(zhuǎn)夾具。5、車身產(chǎn)品的系列化設(shè)計(jì)和焊接夾具設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)要面向制造

11、，不同產(chǎn)品的形狀在局部都有其相似的一面，產(chǎn)品的定位可采用成組技術(shù)，即簡(jiǎn)化了焊接定位點(diǎn)并保證其通用性，又節(jié)約了每個(gè)工位夾具部件的數(shù)量，降低了整線的成本，為柔性生產(chǎn)提供便利條件。另外夾緊氣缸國(guó)外已小型化設(shè)計(jì)，缸徑減小壓力增加，大大縮小了夾緊部件的占地面積。為夾具的柔性設(shè)計(jì)提供了有利條件。 6、線體的運(yùn)行精度、各工位夾具的精度和兩者之間的相對(duì)精度要有便利的檢測(cè)基準(zhǔn)。產(chǎn)品在向下流動(dòng)時(shí)處于檢測(cè)監(jiān)控狀態(tài)，保證多種合格產(chǎn)品按時(shí)焊接。7、為提高焊裝線柔性度，機(jī)器人的應(yīng)用是不可缺少的，目前有些焊接線還停留在點(diǎn)定工位沒有布置機(jī)器人焊接的水平，而是在補(bǔ)焊工位使用機(jī)器人焊接。對(duì)于剛性好尺寸穩(wěn)定的沖壓件，機(jī)器人可直接夾持零件送到焊鉗上點(diǎn)焊，在焊接過程中焊點(diǎn)位置由機(jī)器人姿態(tài)的改變而達(dá)到。但要根據(jù)零件設(shè)計(jì)專用焊鉗，取消夾具，減少了整線的夾具數(shù)量，但機(jī)器人的投資較大?？傊?，提高焊裝線柔性度的途徑