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

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)今汽車市場競爭日趨激烈、車型更新?lián)Q代速度越來越快，消費(fèi)者對產(chǎn)品多樣化、個(gè)性化也有越來越高的追求。為順應(yīng)這一趨勢，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：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)，通過機(jī)器人更換抓手就可以無限擴(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。車型切換庫位存儲在空中，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形式是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的主拼形式，側(cè)扇夾具Y向滑移并對所有分總成定位夾緊，多臺焊接機(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。它既可用于無預(yù)拼工藝的車型，也可用于有預(yù)拼工藝的車型。通過擴(kuò)展庫位可實(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長寬、車型切換頻率等邊界條件限制，可選擇適當(dāng)?shù)膸煳粩?shù)量和存儲形式來滿足不同的需求，見圖5。

常見的庫位存儲及切換形式分為以下幾種形式：

3.1 滑移夾具庫

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向滑移的庫位;增加車型時(shí)，可分別向X正向、X負(fù)向、Y向擴(kuò)展庫位。每個(gè)庫位均有切換輸送單元，通過伺服電機(jī)耦合實(shí)現(xiàn)夾具在庫位內(nèi)移動切換。

3.2 轉(zhuǎn)臺切換型

圖7為轉(zhuǎn)臺切換Gate總拼方案，4個(gè)三面轉(zhuǎn)臺可實(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)臺空置面轉(zhuǎn)向線體側(cè)，同時(shí)C、D兩個(gè)轉(zhuǎn)臺待產(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，在產(chǎn)車型滑入轉(zhuǎn)臺庫位內(nèi)，待產(chǎn)車型滑入工作位;此切換過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)臺的空置庫位后，轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到待產(chǎn)車型面向線體側(cè)，待產(chǎn)車型夾具從轉(zhuǎn)臺庫位滑移到工作位，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，在產(chǎn)車型夾具滑入轉(zhuǎn)轂庫位內(nèi)，待產(chǎn)車型夾具滑入工作位;此切換過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

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。通過對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)。