汽車焊裝車間柔性化生產(chǎn)線的應(yīng)用研究

孫鳳元

（天津新瑪特科技發(fā)展有限公司，天津 300350）

1 項(xiàng)目工藝流程論述（以北京長(zhǎng)安為例）

焊接生產(chǎn)線的整體工藝布局如圖1。

圖1

2 項(xiàng)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(jī)構(gòu)，通過電控集成控制，達(dá)到不同車型生產(chǎn)時(shí)，不同車型模塊進(jìn)入生產(chǎn)位置的生產(chǎn)實(shí)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(jìn)行切換機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)，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(shí)間＜16s，夾具后方布置4臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)型機(jī)器人，平臺(tái)上方布置4臺(tái)下探式機(jī)器人，每個(gè)機(jī)器人完成15～25個(gè)焊點(diǎn)。柔性倒庫系統(tǒng)圖如圖2。

圖2 柔性倒庫系統(tǒng)圖

國(guó)外的焊接裝備制造企業(yè)，從21世紀(jì)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(jìn)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(diǎn)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(diǎn)是空中鋼結(jié)構(gòu)要求制作堅(jiān)固，設(shè)備安裝復(fù)雜，制作成本較高。

（2）地面滑臺(tái)式。特點(diǎn)是把不同車型的側(cè)圍夾具庫安裝在地面上，由倒庫滑臺(tái)將所需車型的側(cè)圍夾具放置在離工作滑臺(tái)最近的空庫中待用，在需要時(shí)由工作滑臺(tái)將上一個(gè)車型的側(cè)圍夾具送出，將待用的所需夾具由拖動(dòng)滑臺(tái)拖入，工作滑臺(tái)進(jìn)入工作區(qū)域。這個(gè)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(hù)、造價(jià)較低、安全性好，符合我國(guó)當(dāng)前國(guó)情。在設(shè)計(jì)制造過程中采用了該方式，設(shè)計(jì)的倒庫滑臺(tái)為2臺(tái)，且布置在工作滑臺(tái)兩側(cè)，可以將車型夾具切換效率提高一倍，同時(shí)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(zhǎng)度，提高了車間有效使用面積。將拖動(dòng)滑臺(tái)安置在倒庫滑臺(tái)上，使得兩側(cè)的側(cè)圍庫（以6車型計(jì)算）節(jié)省了10臺(tái)拖動(dòng)滑臺(tái)及相應(yīng)的伺服電機(jī)，在節(jié)省了設(shè)備造價(jià)的同時(shí)，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(dá)到了國(guó)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位鎖緊，并可以實(shí)現(xiàn)電、氣的自動(dòng)快速連接。以上生產(chǎn)線全部由機(jī)器人進(jìn)行抓件、移行、點(diǎn)焊及涂膠等操作。機(jī)器人操作能夠在最大程度上節(jié)省工作時(shí)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(jī)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(gè)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(zhǎng)4000mm）至C級(jí)車（車長(zhǎng)5000mm）的定位需求。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：該設(shè)備選擇伺服電機(jī)同步帶、絲杠驅(qū)動(dòng)方式。同步帶能夠緩沖傳動(dòng)沖擊和振動(dòng)，因此具有傳動(dòng)噪聲小的特點(diǎn)，不需要潤(rùn)滑，能夠滿足高轉(zhuǎn)速傳動(dòng)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(dòng)具有剛性好、可以傳遞較大扭力、位置準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)，結(jié)構(gòu)組成如圖3。

圖3 定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

每個(gè)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(jī)架、X軸滑臺(tái)、Y軸機(jī)架、Y軸滑臺(tái)、Z軸機(jī)架、Z軸滑臺(tái)。3向最大位移量分別為500、200、500mm，重復(fù)定位精度0.1mm，單個(gè)定位器負(fù)載100kg。

X軸上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿，帶動(dòng)X軸滑臺(tái)移動(dòng)，Y軸機(jī)架固定在X軸滑臺(tái)上，隨滑臺(tái)一起移動(dòng)。Y軸上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿，帶動(dòng)Y軸滑臺(tái)，Z軸機(jī)架安裝在Y軸滑臺(tái)上，與Y軸滑臺(tái)一起運(yùn)動(dòng)，Z軸機(jī)架的電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿帶動(dòng)Z軸滑臺(tái)移動(dòng)。NC—LOCATOR可實(shí)現(xiàn)3軸聯(lián)動(dòng)，3臺(tái)伺服電機(jī)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(tái)上。工作基板上安裝終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如定位銷機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)如下：

（1）NC—LOCATOR是一款完美的可編程線性變位機(jī)，通常用于攜帶工裝并進(jìn)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(yùn)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(jì)，安裝簡(jiǎn)單、便于維護(hù)。各軸相對(duì)獨(dú)立，一旦設(shè)備失靈，可方便地將故障軸與其他軸分離，進(jìn)而進(jìn)行檢驗(yàn)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(hù)周全，結(jié)構(gòu)緊湊，是嚴(yán)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(dá)80m/min，在滿足5個(gè)車型混線輸送要求的同時(shí)，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(shí)遇到的新難題。北京長(zhǎng)安新建的焊接總成輸送線提出了6個(gè)車型混線輸送的要求。由于車型多、速度快、定位精，且有18個(gè)工位，若采用傳統(tǒng)的地面輸送結(jié)構(gòu)，會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)龐大，電機(jī)功率過大，影響車間電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行的弊端。為解決這一難題，采用分段驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方式，每3個(gè)工位布置1臺(tái)伺服電機(jī)，用控制程序保證其同步運(yùn)行，這樣每臺(tái)電機(jī)功率較小，保證車間電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。根據(jù)車型多的特點(diǎn)對(duì)6個(gè)車型進(jìn)行仔細(xì)分析，努力尋找車身近似度大的區(qū)域作為拖點(diǎn)位置，最大程度地減少拖點(diǎn)數(shù)量，使拖點(diǎn)少而精，最終每個(gè)工位僅4個(gè)拖點(diǎn)。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(jìn)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(dá)80m/min，主線6500mm工位節(jié)距往返時(shí)間＜15s，工件頂升采用帶鎖氣缸，前進(jìn)后退驅(qū)動(dòng)采用大功率同步伺服電機(jī)。柔性傳輸線的定位銷和定位卡槽按照車輛分級(jí)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(guó)家重點(diǎn)扶持和發(fā)展的行業(yè)，具備一定的帶動(dòng)市場(chǎng)需求，增加上下游產(chǎn)業(yè)鏈就業(yè)機(jī)會(huì)，增加國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的作用。作為上游企業(yè)，焊接生產(chǎn)線行業(yè)也必然會(huì)隨著汽車行業(yè)要求的提高，而得到自身的發(fā)展。隨著國(guó)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(jī)。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(chǎng)份額。車型的更新?lián)Q代對(duì)于焊接生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)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(chǎng)需求的焊接生產(chǎn)線發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)機(jī)器人操作的增多，也必然會(huì)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(bǔ)國(guó)內(nèi)技術(shù)空白。轉(zhuǎn)化為成熟技術(shù)之后，對(duì)國(guó)內(nèi)焊接生產(chǎn)線產(chǎn)業(yè)有廣泛市場(chǎng)前景和推廣前景。通過此技術(shù)的發(fā)展，可以為國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)節(jié)省資金，縮短車型上市周期，爭(zhēng)取市場(chǎng)份額。