一種焊裝總拼線下線柔性化吊具的研制

馮雪剛

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

【摘 要】文章主要介紹車身焊裝線總拼下線吊具在批量生產(chǎn)和大柔性化焊裝線運(yùn)行過程中主觀結(jié)構(gòu)分析和調(diào)校的主要內(nèi)容和方法，探討如何提升下線吊具吊裝質(zhì)量精度和穩(wěn)定性，以及在公司產(chǎn)能不斷擴(kuò)大，新車型增加，柔性化拼臺(tái)的普及使用，人力、物力資源有限的工作狀態(tài)下，總拼下線吊具具備3～5車型/1焊裝線能力的必要性。

【關(guān)鍵詞】車身焊裝線；總拼；下線；柔性化；吊具；研制

【中圖分類號(hào)】U468 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）03-0090-04

0 前言

汽車車身車間焊裝流水線一般有4～5條，每條生產(chǎn)線上線口傳輸機(jī)構(gòu)位置都配有1～3個(gè)下線吊具，此位置的吊具的主要功能為車身整車質(zhì)量合格率送檢等；其他車型白車身焊合總成，需從總拼最后一個(gè)拼臺(tái)輸送到位后，用人工手動(dòng)方法進(jìn)行吊裝白車身總成送至地面返修，返修后又通過該上線口將白車身總成輸送至空中輸送線；該上線口傳輸機(jī)構(gòu)維護(hù)、故障搶修造成停線事故時(shí)，能及時(shí)通過吊具人工吊裝方案進(jìn)行轉(zhuǎn)移至最近的上線口進(jìn)行輸送，減少損失工作日的事故率；此生產(chǎn)線工作節(jié)拍不飽和或空閑狀態(tài)下，需應(yīng)急臨時(shí)吊裝其他車型通過上線口舉升機(jī)至空中輸送線時(shí)。隨著上汽通用五菱汽車股份有限公司（簡(jiǎn)稱五菱公司）新車型的逐漸增多，根據(jù)市場(chǎng)需求調(diào)節(jié)，一條焊裝線柔性化具備2～3種車型大量投入，傳統(tǒng)的1～2車型/1吊具已難以適應(yīng)五菱公司的大批量生產(chǎn)要求，因此只有3～4個(gè)車型/1柔性化吊具才能滿足五菱公司各車型焊裝生產(chǎn)線的大批量快速切換要求，使五菱公司上線口傳輸機(jī)吊具能達(dá)到柔性化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化等要求（如圖1所示）。

1 原車身焊裝線總拼下線吊具現(xiàn)狀

車身車間因增加新車型量產(chǎn)和暢銷車型的增產(chǎn)，所有4～5種車型或混線焊裝線總拼下線吊具在工作過程中，發(fā)現(xiàn)以下難題。

（1）每條生產(chǎn)線的總拼下線吊具只能吊裝1～2種車型，使白車身總成輸送至涂裝車間輸送線使用率僅為75%～85%；從現(xiàn)場(chǎng)發(fā)回的照片可證實(shí)原生產(chǎn)線吊具為單一車型，改進(jìn)版的混線吊具為2種車型/1吊具（如圖2所示）。

經(jīng)過對(duì)車身車間4條生產(chǎn)線空中輸送線上線口使用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，一條為N系列2種車型混線、GP系列生產(chǎn)線只吊裝一種車型，CN系列生產(chǎn)線只吊裝一種N系列車型，因此當(dāng)東部車身車間N系列白車身產(chǎn)量增加，需借用西部車身車間空中輸送線輸送至西部車間涂漆，各上線口單一車型功能吊具無法兼容其他車型，吊裝率只達(dá)到50%～75%。

（2）當(dāng)某條生產(chǎn)線的上線口輸送機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障，或其他車型產(chǎn)量增加，需借用另一條生產(chǎn)線上線口進(jìn)行空中輸送時(shí)，單一型吊具無法滿足工作要求，造成如N系列某一車型暢銷，需從另一有空閑的焊裝線上線口輸送，或某一車型焊裝線總拼下線拼臺(tái)空中輸送線出故障，只能使用其他兩個(gè)上線口時(shí)，因吊具無法實(shí)現(xiàn)車型轉(zhuǎn)換而造成空中輸送線停線損失工作日事故。

（3）原柔性化吊具超重和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理，切換和效率低，無法吊裝車身焊和總成零件。①原吊具設(shè)計(jì)采用8個(gè)吊鉤（如圖3所示），不符合設(shè)計(jì)規(guī)范，具有切換車型時(shí)間25～35 min/1車型。具體舉例說明：工作狀態(tài)下是CN100車型、GP50吊鉤向外側(cè)懸掛，用鎖緊銷卡位緊固，處于待命工作狀態(tài)。缺點(diǎn)：增加的4個(gè)吊鉤使整個(gè)吊具重量增加1/2以上，再加上白車身焊合總成的重量經(jīng)過計(jì)算，接近通用型標(biāo)準(zhǔn)63 mm×150 mm氣缸的理論最大舉升臨界壓力值，從而造成氣缸無法工作或降低工作效率的2/3以上。②如圖3所示的原設(shè)計(jì)圖紙，增加的前后2塊吊具連接板180 mm×16 mm×1 300 mm為實(shí)心Q235A板料，增加整個(gè)吊具約1/4的重量；經(jīng)過計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試，按正常批量生產(chǎn)中吊裝一輛總拼下線白車身焊合總成時(shí)，100%無法吊裝成功。③原單一下線吊具批量生產(chǎn)中的使用缺點(diǎn)如下：只能吊1～2種車型，空中使用率為50%～70%，吊裝，人工勞動(dòng)強(qiáng)度高，切換或更換吊具調(diào)校時(shí)間為25～35 min/1車型，吊鉤增加至6～8個(gè)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜和超重，不符合人機(jī)工程等。

（4）吊臂連接結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)不合理，可調(diào)性差，車型切換效率低。由圖3可知，定位導(dǎo)向銷軸為兩端帶螺帽螺桿式連接方式，不符合設(shè)計(jì)規(guī)范，吊臂在大批量生產(chǎn)中每次工作狀態(tài)下，起吊時(shí)使銷軸會(huì)產(chǎn)生沿Z軸方向上旋轉(zhuǎn)扭力值和摩擦力，從而產(chǎn)生凹痕，使吊臂和銷軸產(chǎn)生間隙，影響吊裝精度和使白車身焊合總成產(chǎn)生晃動(dòng)，加速與總拼主定位銷的磨損速度，縮短使用壽命，有1%會(huì)碰凹白車身總成。緊固防轉(zhuǎn)螺桿可調(diào)性不高，只有2個(gè)工作位置，每次切換車型時(shí)都需用人工方式松開和緊固，不符合人際工程。

（5）吊鉤只能滿足單一車型。由圖3得知，吊鉤為單一車型設(shè)計(jì)，只滿足水平面且吊裝位置和重心在同一平面上，如傳統(tǒng)的N系列4種車型，但如果白車身總成重心偏向車頭位置或發(fā)動(dòng)機(jī)前置等（如CN、GP系列等）系列車型，整個(gè)白車身總成的重心經(jīng)計(jì)算和實(shí)測(cè)，前吊鉤在左/右側(cè)門A柱上風(fēng)窗斜角位置（如圖4所示），GP系列白車身總成重心在左、右側(cè)框中門B柱位置，前、后吊鉤尼龍塊經(jīng)計(jì)算在水平面上存在15°斜角，后部?jī)傻蹉^尼龍塊需加工成厚度為50 mm，但在吊裝N系列車型時(shí)，只有恢復(fù)為前后共4個(gè)吊鉤均為20 mm，才能滿足正常吊裝批量生產(chǎn)要求?，F(xiàn)采取的方案為增加2個(gè)吊鉤方案（如圖2所示），即在原N系列車型左、右前側(cè)框兩吊鉤上，新增加2個(gè)經(jīng)實(shí)配滿足吊裝GP系列車型的吊鉤。雖然它能滿足正常的批量生產(chǎn)要求，但存在以下缺點(diǎn)：{1}整個(gè)吊具的重量增加了近1/4的重量，增加了氣缸工作負(fù)荷量，縮短了氣缸使用壽命1/3以上，增加了維修更換成本30 000元/年。{2}只能滿足2種車型，如后續(xù)新增1～2款新車型共用上線口升降機(jī)后，如再增加吊鉤將超過氣缸的最大極限負(fù)荷量造成無法吊裝和吊裝速度過慢無法滿足大批量生產(chǎn)的要求，且不符合工藝設(shè)計(jì)規(guī)范要求。{3}因吊鉤工作位置不同，在切換車型時(shí)，因重心不一致，需重新增、減調(diào)試配重塊，確保吊具工作狀態(tài)下的平衡性，但員工勞動(dòng)量大，不符合人際工程。

（6）GP、CN和N 3種系列車型，吊具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不一致，無法實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。這是基于各種車型設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)等因素，從而得出結(jié)論：各種吊具基本上只能夠滿足最多2款車型的工作需求。因五菱公司為增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，各種新車型、升級(jí)車型不斷投入，現(xiàn)車身車間焊裝生產(chǎn)線一般都有3～5條焊裝生產(chǎn)線，各個(gè)生產(chǎn)線的上線口因生產(chǎn)車型使用率不同，有些車型（如原N5、N200車型）班產(chǎn)僅需60～120 JBH/1班，上線口空置率很低，但CN100車型班產(chǎn)量160～180 JBH/1班，超過了上線口傳輸機(jī)構(gòu)的最大工作量，從而成為瓶頸，每天至少損失10～30 JBH/1班以上。如有需返修后的白車身總成需重新從上線口傳輸拼臺(tái)輸送至空中輸送鏈，而現(xiàn)生產(chǎn)線又處在最大輸送工作狀態(tài)下不能用吊具從此位置輸送；如果出現(xiàn)上線口傳輸機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障搶修時(shí)，作為應(yīng)急措施需從其他1～2條焊裝線上線口輸送時(shí)，需確保一吊具具備3～4種車型吊裝功能，傳統(tǒng)思路為同時(shí)放3～4個(gè)吊具/1條生產(chǎn)線，缺點(diǎn)為重心吊裝點(diǎn)不一致，調(diào)試周期為30～40 min/1車型，切換率低，影響工作效率3～5倍以上，吊裝需從其他上線，但有些車型對(duì)各上線口要實(shí)現(xiàn)一口多用功能，以提高各種緊俏車型輸送至空中輸送線的效率。

2 總拼下線吊具改進(jìn)

（1）吊臂設(shè)計(jì)成滑移可調(diào)式，如圖5所示，吊臂最短Lmin以E系列車身寬度最小標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，中間L=150 mm，位置B點(diǎn)設(shè)計(jì)為CN100、CN112等相類似結(jié)構(gòu)車型，最大Lmax=300 mm，位置A點(diǎn)可滿足N109、N400等所有加長(zhǎng)型車型。

（2）空中輸送線使用率提升至85%～90%。1條焊裝生產(chǎn)線上線傳輸機(jī)構(gòu)只有1套吊具，只能吊裝單一車型，在某款新車型緊俏熱銷期間，該升降機(jī)構(gòu)上線口吊具，無法從最近的生產(chǎn)線將新車型焊裝流水線上線口吊裝白車身總成零件，造成緊缺車型流水線上線口超出最大輸送量180～200輛/1班次，另一款車型每天80～90輛/1班次，造成空中輸送鏈空載率高達(dá)50%～70%，因此采用標(biāo)準(zhǔn)化、多功能型吊具放置在每條生產(chǎn)線上線口傳輸拼臺(tái)旁，經(jīng)調(diào)試后的新吊具可滿足每個(gè)上線口所有車型的吊裝需求，可使空中輸送線的使用效率提升至85%～90%以上。

（3）吊具采用滑桿可調(diào)式柔性結(jié)構(gòu)。由設(shè)計(jì)圖得知，更改方案為將原設(shè)計(jì)的8個(gè)吊鉤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更改為4個(gè)吊鉤方式。如圖3所示，新設(shè)計(jì)理念為車型轉(zhuǎn)換時(shí)可將吊臂滑移切換的方式，既滿足吊裝2種車型設(shè)計(jì)要求，又達(dá)到降低吊具約1/3的重量，提高了工作時(shí)車型切換效率，因此只安裝常規(guī)的4個(gè)吊鉤。吊臂之間連接板減重方式如圖5所示，在中間鉆φ60 mm孔，重量減輕1/2左右。

（4）吊臂連接為滑桿可調(diào)式結(jié)構(gòu)。如圖5示，主要由吊臂、滑桿、鎖緊銷軸等組成，防轉(zhuǎn)限位固定滑桿φ25 mm?；瑮Uφ16 mm只能按六點(diǎn)定位原理，滑桿1限制吊臂四個(gè)X、Y軸移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，并承載整個(gè)吊臂自重G+白車身總成1/4自重G1，根據(jù)計(jì)算得出：滑桿1的直徑D=φ25 mm?；瑮U2限制吊臂z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，同理，滑桿2的直徑D=φ16 mm，因此滑桿1、2的結(jié)構(gòu)、尺寸完全符合工藝設(shè)計(jì)要求，而1個(gè)吊臂滑桿副的Y軸的可調(diào)移動(dòng)量0～300 mm，2個(gè)吊臂滑桿副在Y軸上的組合，最大可調(diào)范圍達(dá)到0～600 mm，基本上能滿足現(xiàn)有的所有加長(zhǎng)型車型（如N109、N109L等）。為調(diào)節(jié)方便快捷，將滑移量劃分為3檔：{1}Lmin=0；{2}L=2×150 mm=300 mm；{3}Lmax=2×300 mm=600 mm。吊臂上鉆有M8止動(dòng)鎖緊螺栓孔，防止吊臂在工作中產(chǎn)生位移或松動(dòng)。

（5）吊鉤為上下兩面和360°旋轉(zhuǎn)可調(diào)式結(jié)構(gòu)。如圖6所示，可調(diào)型尼龍塊在吊裝CN100&N109等白車身總成時(shí)，因前側(cè)門與中側(cè)門的頂上面窗框吊裝位置呈一條直線度，所以可選擇4個(gè)吊鉤尼龍塊厚度均為30 mm，但在吊裝GP50白車身時(shí)，因其重心與吊裝車型重心不在一條直線度上，因此首先將尼龍塊2放置在側(cè)圍中門B柱上邊梁左側(cè)位置，再把尼龍塊1放置在前門前風(fēng)窗A柱上邊梁窗框位置按零件型面實(shí)配角度，將吊具上升，實(shí)配尼龍塊2的厚度，確保在上升過程中的水平度和直線度。通過計(jì)算得出尼龍塊厚度為50 mm。

3 改進(jìn)后的效果（如圖7所示）

（1）大批量生產(chǎn)過程中，提升吊具工作定位質(zhì)量精度：X和Y軸位移偏差都為±1～2 mm，確保設(shè)計(jì)精確和穩(wěn)定性。

（2）切換車型工作時(shí)間提升至1～2 min/1車型，首次吊裝合格率達(dá)100%，完全符合大批量生產(chǎn)要求，工作效率提高3～4倍以上。

（3）創(chuàng)新了1吊具/3～4種車型，將五菱公司車身車間至今無法解決1吊具/1～2車型，兼容性差等難題，力爭(zhēng)在2個(gè)月內(nèi)完成。

（4）采用更改原吊具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)長(zhǎng)期解決方案，達(dá)到98%以上質(zhì)量合格率。

（5）提升1JPH/1班次，增加26～38輛/1月；共計(jì)可節(jié)約費(fèi)用162萬元。

（6）空中輸送線使用率50%～75%具備提升至85%～90%。

4 總結(jié)

本文提出了今后各焊裝生產(chǎn)線，規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的上線口吊具工藝設(shè)計(jì)。隨著五菱公司車身車間各種新車型的不斷更新，對(duì)吊具的功能性提出新要求，即3～4種車型/1吊具。

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]