白車身柔性焊接夾具切換機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

李敏剛

摘 要：現(xiàn)階段，隨著社會的發(fā)展，汽車已經(jīng)普及到千家萬戶中。由于消費(fèi)者對汽車車型的產(chǎn)品化要求越來越高，傳統(tǒng)單一大批量的生產(chǎn)制造模式正在朝著小批量、多樣化和個性化的生產(chǎn)模式發(fā)展，傳統(tǒng)的加工工藝已經(jīng)不能滿足當(dāng)下生產(chǎn)方式的制造要求，因此需要積極引進(jìn)先進(jìn)的加工技術(shù)來適應(yīng)當(dāng)下市場的需求。而在汽車車身零部件的設(shè)計(jì)制造過程中，焊裝、總裝、涂裝是車身制造的重要工作，其中焊裝作為車身制造中的主要環(huán)節(jié)，焊裝的精度與質(zhì)量對整車質(zhì)量有著直接影響，因此焊接夾具的設(shè)計(jì)與制造在焊裝線中有著舉足輕重的作用。由于在開發(fā)新車型過程中焊接夾具的設(shè)計(jì)和制造周期較長難以滿足市場需求問題，本文對汽車車身柔性焊接夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析。

關(guān)鍵詞：白車身;柔性焊接夾具;切換機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì);優(yōu)化

引言

國內(nèi)汽車行業(yè)的發(fā)展逐漸進(jìn)入大規(guī)模柔性化的生產(chǎn)階段，優(yōu)質(zhì)高效的生產(chǎn)方式也逐漸成為行業(yè)的共識。柔性焊接線作為汽車生產(chǎn)工藝流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響生產(chǎn)效率。優(yōu)秀的柔性生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方案能夠?qū)崿F(xiàn)不同車型共線生產(chǎn)，在保證產(chǎn)品精度的同時，大幅度提升生產(chǎn)效率。白車身焊接生產(chǎn)線主要包括焊接設(shè)備、輸送系統(tǒng)及焊接夾具3部分。自動焊接生產(chǎn)設(shè)備和高效輸送設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用，為柔性化焊接生產(chǎn)線的實(shí)現(xiàn)提供了基礎(chǔ)。而焊接夾具承擔(dān)著將數(shù)以百計(jì)的零件通過合理的定位和夾緊機(jī)構(gòu)，借助焊接設(shè)備合成各級總成直至白車身。由此可見，柔性化焊接生產(chǎn)線的實(shí)現(xiàn)與否直接取決于柔性焊接夾具的發(fā)展，柔性焊接夾具的設(shè)計(jì)水平也直接決定了白車身焊接生產(chǎn)線的柔性化程度。

1概述

隨著消費(fèi)者對汽車質(zhì)量的要求越來越高，對各大汽車制造廠的制造能力要求也越來越高，其中白車身的制造質(zhì)量是汽車制造環(huán)節(jié)中的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到整車的質(zhì)量輸出。如何有效的控制白車身的制造質(zhì)量，并保證能夠進(jìn)行系統(tǒng)的、長期的跟蹤與管理，一直是各大車企想要達(dá)成的目標(biāo)。在此背景下，我們提出了工位質(zhì)量的概念，它能夠?qū)崿F(xiàn)對單個工位進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)收集、分析與管理的功能，從而通過分析單個工位的質(zhì)量狀態(tài)達(dá)到控制白車身質(zhì)量輸出穩(wěn)定性的目的。

2注重提高汽車白身制造參數(shù)的有效傳輸

在汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造環(huán)節(jié)中，設(shè)計(jì)人員會在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案中標(biāo)注大量的詳細(xì)產(chǎn)品制造與性能參數(shù)，這一參數(shù)信息也是整體汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的具體表現(xiàn)形式。但在汽車產(chǎn)品實(shí)際設(shè)計(jì)、制造過程中，受多方面因素干擾、影響，各類汽車制造參數(shù)在傳輸過程中會出現(xiàn)不完全傳輸、參數(shù)傳輸有誤等問題，從而導(dǎo)致汽車白車身設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際制造車身參數(shù)出現(xiàn)差異性問題。針對于此，需要在汽車白車身設(shè)計(jì)及制造環(huán)節(jié)中，秉持可制造性設(shè)計(jì)、失效模式及后果理念，對所構(gòu)成、設(shè)計(jì)產(chǎn)品的零部件參數(shù)與具體工序流程開展逐步分析作業(yè)，提前對汽車白車身設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)中全部潛在的失效模式、可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題加以深入分析、總結(jié)，并在其基礎(chǔ)上制定針對性問題解決措施。簡而言之，便是確保在汽車白車身設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)中，各項(xiàng)產(chǎn)品參數(shù)的有效傳輸與一致性。

3白車身柔性焊接夾具切換機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

3.1工位質(zhì)量概念的應(yīng)用價(jià)值

工位質(zhì)量狀態(tài)作為一個直接反映工位制造水平的參數(shù)，能夠很好地為制造過程提供有效的數(shù)據(jù)支持，工程師可以通過監(jiān)控工位質(zhì)量的數(shù)據(jù)波動情況，進(jìn)而快速識別出白車身質(zhì)量輸出的狀態(tài)。同時，當(dāng)白車身的輸出狀態(tài)超差時，工程師可以通過搭建的工位質(zhì)量數(shù)據(jù)庫直接查看工位質(zhì)量狀態(tài)差的工位，進(jìn)而能夠快速的鎖定問題點(diǎn)，節(jié)省了問題排查與分析的時間，使問題能夠在最短時間內(nèi)得到解決，不僅節(jié)約了公司的運(yùn)行成本，同時提高了工程師的工作效率。

3.2白車身總拼RPS點(diǎn)設(shè)計(jì)

白車身總拼由地板焊接總成、左右側(cè)圍總成、前圍總成（含頂蓋前橫梁總成）及后圍總成拼焊而成，所以對白車身總拼的夾具設(shè)計(jì)要符合這幾大總成的RPS點(diǎn)分布要求。圖1為某車型地板焊接總成的定位夾緊點(diǎn)分布，根據(jù)地板總成的零件結(jié)構(gòu)，其RPS點(diǎn)均分布在零件底部，包括定位銷和支撐面兩種定位結(jié)構(gòu)。RPS1、2為定位基準(zhǔn)，從X/Y/Z三個方向?qū)Φ匕暹M(jìn)行定位;前部的RPS3、4從X、Y兩個方向?qū)Φ匕暹M(jìn)行定位;最后通過RPS5、6從Z方向?qū)Φ匕暹M(jìn)行定位;由于地板零件較大，僅靠3-2-1定位原則無法保證零件得到穩(wěn)定定位，因此再通過RPS7、RPS8對Z方向進(jìn)行輔助定位;考慮到該車型實(shí)際精度要求，通過RPS9～RPS14對地板焊接總成特殊部位進(jìn)行的Y方向輔助定位，使地板焊接總成得到可靠定位。這是典型的采用“N-2-1”定位原則的實(shí)例，此車型采用平臺化設(shè)計(jì)。該系列9種車型的地板焊接總成的結(jié)構(gòu)類似，RPS點(diǎn)也一樣，為柔性化總拼的實(shí)現(xiàn)提供了有力保證。在進(jìn)行車型切換時不必對車身地板焊接總成的地板支撐夾具結(jié)構(gòu)進(jìn)行大的切換，只需進(jìn)行一個自由度的平移即可實(shí)現(xiàn)。

3.3標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、柔性化

標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)為機(jī)械零件的設(shè)計(jì)、制造及維修帶來了便利性和巨大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。然而根據(jù)汽車車型相似特點(diǎn)，焊裝夾具在結(jié)構(gòu)及形式上也基本相似，因此為了最大效益的利用夾具，可將夾具分為標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)件。在一套完成的焊裝夾具上，盡可能地?cái)U(kuò)大標(biāo)準(zhǔn)件的范圍和數(shù)目，從而達(dá)到高效生產(chǎn)的過程。整個柔性化車身焊接夾具平臺包含了大量的標(biāo)準(zhǔn)件，三大機(jī)構(gòu)中，也是由標(biāo)準(zhǔn)件組合而成，其中將快速定位機(jī)構(gòu)分為相對不變的螺母副、蝸輪-蝸桿副、調(diào)節(jié)電機(jī)等標(biāo)準(zhǔn)件和根據(jù)車型不同或定位孔大小、位置的不同而需重新設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)件;還將柔性夾緊機(jī)構(gòu)集成到托架上，一個托架可定位和夾緊1到2個車身定位點(diǎn)，每個托架含有標(biāo)準(zhǔn)件L座、氣缸、限位塊、伸長臂及非標(biāo)準(zhǔn)件立板、夾頭?？焖俣ㄎ粰C(jī)構(gòu)和柔性夾緊機(jī)構(gòu)通過螺栓和定位銷直接固定在過渡板上，過渡板固連在立柱或地板上。在實(shí)際焊接加工中，若要在兩種不同車型中切換時，快速定位機(jī)構(gòu)、柔性夾緊機(jī)構(gòu)可自動地做出調(diào)整，從而滿足不同結(jié)構(gòu)車身的焊接。過渡板上設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)化孔系及非標(biāo)準(zhǔn)化孔系，過渡板可通過標(biāo)準(zhǔn)孔系與立柱或地板連接，通過非標(biāo)準(zhǔn)的孔系（此孔系位置非標(biāo)準(zhǔn)、孔大小和數(shù)目標(biāo)準(zhǔn)）與柔性夾緊機(jī)構(gòu)或快速定位機(jī)構(gòu)連接。本文所涉及的柔性裝夾平臺中，立柱和地板為完全標(biāo)準(zhǔn)件，過渡板用于安裝托架，其部分孔系的位置隨著托架的位置不同而發(fā)生改變，在本文過渡板為不完全標(biāo)準(zhǔn)件。

3.4汽車白車身零部件單向包容的質(zhì)量控制思路

在汽車白車身裝配過程中，需要將部分小型汽車配件配置在另一汽車配件內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，將其加以完全包容。而在這一汽車白車身裝配作業(yè)環(huán)節(jié)中，需要著重注意以下問題：設(shè)計(jì)人員與汽車裝配人員需要對各汽車配件的最大極限尺寸與最小極限尺寸加以深入分析，并總結(jié)出不同配件的公差帶。隨后對不同汽車配件的公差帶進(jìn)行對照分析，確保被包容配件的公差帶小于包容配件。簡而言之，便是需要在汽車白車身總成裝配環(huán)節(jié)中，明確汽車配件公差帶單向包容質(zhì)量控制思路。

結(jié)語

進(jìn)一步提高在汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造階段中，對汽車白車身的質(zhì)量控制力度。白車身質(zhì)量的穩(wěn)定性輸出是整車質(zhì)量好的重要保障，在白車身制造過程中我們只有確保每個工位的質(zhì)量狀態(tài)穩(wěn)定，才能最終保障白車身輸出的穩(wěn)定性。工位質(zhì)量的概念就為每個工位質(zhì)量穩(wěn)定性提供了很好的數(shù)據(jù)支持，在各大車企的白車身制造中有很好的推廣潛力與價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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