淺述東風T701駕駛室焊裝線體的設計

徐川 魏雪飛

（1.浙江吉利新能源集團有限公司商用車研究院，杭州310000；2.東風華神汽車有限公司車身事業(yè)部，十堰442000）

1 前言

汽車車身裝焊是汽車車身制造的重要組成部分[1]，裝焊生產線相對于涂裝線和總裝線來說，剛性強，多品種車型的通用性差，每更新?lián)Q代一類車型均需要更新大量專用設備和生產工藝。焊裝線的設計涉及的專業(yè)知識較多，如機械化、電控、非標設備、建筑、結構、水道、暖通、動力、電氣、計算機、環(huán)保和通訊等，從宏觀上決定了車間的工藝水平、物流、投資和預留發(fā)展，具體決定著生產線的工藝設備種類和數(shù)量、夾具形式、物流工位器具形式、機械化輸送方式及控制模式等。因此，車身焊裝線的工藝設計質量對于車身的裝焊質量和產量具有很重要的意義[1]，是產生高性價比焊接生產線的關鍵。

2 T701駕駛室焊裝線的設計

2.1 承接產品的描述

T701系列車身是按照國際標準規(guī)范的產品開發(fā)流程——門式管理模式進行開發(fā)的，是歷時3年設計的高標準、高品質、覆蓋面廣的全系列車身，是CPB12駕駛室的升級換代產品，包含2.1 m窄車、2.3 m寬標準型、2.3 m高頂雙臥、2.3 mV車4個品種，寬窄變化為235 mm,長短變化120 mm,產品寬窄變化方式為鼓包變窄,長短變化方式為后橫梁變短。T701駕駛室產品外形圖如圖1所示，外形尺寸及特征如表1所示。

表1 駕駛室產品外形尺寸

圖1 駕駛室產品外形

2.2 產品生產任務及生產綱領

T701駕駛室焊裝線分地板線、主線及分焊夾具（后圍、頂蓋、側圍）?？紤]4種車型的共線生產，實現(xiàn)標準、短窄、高頂車和加長車的柔性化生產；承擔東風T701中重型載貨汽車駕駛室年綱領4萬輛白車身裝焊任務；生產綱領為40000臺/年，工作班次為二班制，年工作日為251天，每日工作時間為16 h，生產節(jié)拍為4.8 min（設備開動率85%），柔性化方式為批量切換。

2.3 車身的結構形式與柔性化共線設計基準

2.3.1 4個車身的通用分塊方案

T701標準型、加長型、高頂雙臥、窄款駕駛室總成分塊方式為地板總成、頂蓋總成、左右側圍總成、后圍總成、前圍總成、左右車門總成。產品分塊如圖2所示。

圖2 駕駛室焊接總成分塊示意

2.3.2 通用定位基準的設定

整個T701駕駛室的設計、制造、檢驗均建立在同一坐標系上，在駕駛室設計時已經考慮到裝配、焊接、總裝配和搬運過程中所需的基準（孔、面），駕駛室裝焊的整個過程建立在同一基準上，同時這些基準也是夾具設計、制造、調整、檢測和維修的基準，用于保證白車身總成的幾何形狀和尺寸。在確定基準時按以下4個原則進行建立。

a.基準的統(tǒng)一性，在焊接過程中基準是逐步傳遞的；

b.基準應便于測量；

c.基準應保證零件的準確定位；

d.基準應考慮便于焊接操作。

T701駕駛室定位基準的建議完全按照上述原則進行建立，以側圍部分零件為例說明定位基準確認情況，其余零件定位基準確認方法與之相同，圖3為T701白車身側圍定位基準孔坐標位置示意。

圖3 白車身左側圍定位基準分布

2.3.3 定形焊點和焊點分組的通用規(guī)劃

在T701駕駛室相對復雜的工件之間的焊接，往往需經過組裝、補焊的過程完成。由于生產節(jié)拍限制、設備數(shù)量布置空間需要和夾具有效空間占用等原因，在組裝工位不可能完成全部焊接工作，必須完成部分焊點，在T701駕駛室數(shù)據設計期間，工藝人員提前介入對定型焊點進行確認，充分優(yōu)化工藝實現(xiàn)步驟并對白車身每個總成上的焊點進行分組，以保證在設計綱領任務下1把焊鉗在1個工作節(jié)拍內完成的1個組焊工作任務。

2.4 焊裝線工藝設計

2.4.1 地板線柔性化設計方案

地板線設置5個工位，各工位夾具滿足標準、窄短、高頂和加長車（標準與高頂?shù)匕褰Y構相同）車型的柔性化共線生產，如圖4所示。

圖4 地板線布置

為保證在現(xiàn)有生產陣地條件下實現(xiàn)4.8 min/臺的生產節(jié)拍要求，采用突破以往傳統(tǒng)的焊裝線布置模式，將地板總成的拼焊納入白車身總成拼焊主線的前序進行流水化作業(yè)。

根據白車身上線工藝流程需求，地板總成拼焊線共設置5個工位，第1序搭建地板縱梁骨架，第2序在第1序骨架基礎上搭建左/右地板和鼓包，第3序用于補焊完全焊點，起平衡節(jié)拍作用，第4序在已拼焊完成的地板總成上搭建前圍附件，第5序完成前圍總成和地板總成的拼焊搭接，從而實現(xiàn)在進入主線前的基礎框架搭建。

較傳統(tǒng)焊裝線設計模式，T701焊裝線采用往復桿輸送系統(tǒng)，實現(xiàn)地板總成的流水化拼焊作業(yè)，將焊裝線的主體功能進行了拓展，保證整個線體的生產節(jié)拍平衡。另外，通過搭建地板總成往復流水線，使原本擁堵的分焊工藝布置得以實現(xiàn)線性就近布置，對于今后線體的產能提升改造提供了充裕的條件。

2.4.2 主線柔性化設計方案

總裝線設置10個工位，滿足標準、窄短、高頂（標準與高頂?shù)匕褰Y構相同）和加長車駕駛室總成的柔性化共線生產，其中總拼工位夾具滿足4種車型共用，頂蓋焊接工位平頂和高頂混流生產，如圖5所示。

圖5 主焊線布置

為實現(xiàn)T7014種車型共線混流生產，保證＜4.8 min/臺的節(jié)拍時間要求，主線定義為自動輸送，部分復雜工藝實現(xiàn)自動焊接。綜合考慮帶式傳輸、往復式傳輸、鏈條式傳輸、抓舉跳躍式傳輸方式，結合投資成本和線體可靠性考慮，選擇往復式輸送方案。在白車身總成拼焊工藝中側圍總成上線和頂蓋的補焊工序最為繁瑣，焊點最多，工藝最為復雜，考慮到4種車身側圍完全通用，對左右側圍拼焊到地板上時采用了夾具自帶自動焊鉗的方案，考慮4種車型頂蓋各不一樣，對頂蓋的拼焊選用自動機器人實現(xiàn)焊接。

根據T701白車身拼焊線平衡需求，T701白車身裝焊主線共布置10個工位，第1序將前序地板總成上搭接后圍總成，第2序將左/右側圍從兩側推入，以自動焊鉗的形式實現(xiàn)拼合，第3序作為前圍、后圍與地板的補焊工序，第4工序吊運頂蓋上線，第5工序作為高頂車身中頂蓋的上線工位，第6工序作為高頂車身中頂蓋與前后頂蓋的連接工位，第7序以機器人系統(tǒng)實現(xiàn)頂蓋的補焊作業(yè)，第8序作為側圍補焊和后圍包邊作業(yè)，第9序是剩余焊點的補焊工序，第10序將車門上線并裝配完全。

通過上述操作，可實現(xiàn)4.8 min/臺的T701系列白車身任意混流生產，該主線布置方案既有效的降低作業(yè)人員勞動強度，保證高效的生產效率，又節(jié)省生產陣地面積，方便物料配送和轉運線程，在保證既定設計綱領的前提下控制住了投資成本，實現(xiàn)最優(yōu)化投資和較高性價比。

2.4.3 工藝流程

將整個白車身焊接總成的焊接工藝流程分成2部分，第1部分先完成地板分總成的拼焊，然后完成白車身6大分總成的拼焊，具體示意如圖6所示。

圖6 白車身焊接總成拼焊流程示意

2.4.4 平面布局

焊接線采取主線中間，兩側分焊線的布置方式，分焊的工序排布圍繞主線進行定義，實現(xiàn)作業(yè)和搬運的最優(yōu)路徑，具體示意如圖7所示。

圖7 焊裝線平面布置

3 關鍵設備描述

3.1 線體

3.1.1 往復桿參數(shù)

工位數(shù)量：5+10個；工位間距：5000 mm；升降行程：800 mm；水平往返行程：5000 mm；傳輸機升起/下降800 mm時間：≤6 s；傳輸機水平往返5000 mm時間：前進≤6 s，后退≤6 s；完成工藝動作的總時間：≤24 s；往復桿輸送系統(tǒng)重復運動精度：±0.5 mm。

3.1.2 往復桿結構

a.往復桿輸送系統(tǒng)由垂直升降機構和水平傳輸機構2部分組成，垂直升降機構采用齒輪齒條同步結構，水平傳輸機構采用齒輪齒條傳動；

b.升降機構主要構成包括驅動電機減速機、齒輪齒條同步機構總成、蓄能器和液壓缸組成的重量平衡系統(tǒng)，具體示意見圖8、圖9，齒輪齒條同步結構可以實現(xiàn)各工位同步啟動，蓄能器和液壓缸組成的重量平衡系統(tǒng)在升起時釋放蓄能器儲存的能量，下降時負載的勢能儲存在蓄能器中，可以保證升降機構平穩(wěn)無沖擊運行；

圖8 垂直升降驅動結構

圖9 齒輪齒條同步及平衡機構

c.水平傳輸機構主要構成包括驅動電機減速機、齒輪齒條機構總成、傳輸小車，傳輸機構運行采用變頻調速，即低速啟動、快速運行、低速停止，具體示意見圖10、圖11。

圖10 齒輪齒條水平驅動機構

圖11 水平到位鎖機構

3.1.3 往復桿電控系統(tǒng)

往復桿輸送系統(tǒng)采用集散控制的工作方式，PLC為整個控制系統(tǒng)的核心控制系統(tǒng)的正常工作。工件通過往復桿舉升后進行傳送，往復桿落下后返回原位，工件定位在裝配位置進行工藝裝配等工作，往復桿往復輸送運行的速度可通過變頻器調整，輸送平穩(wěn)，定位準確，啟動和停止平滑，無機械沖擊和抖動，運行噪音＜55 dB，在線體各部都設有車體到位檢測裝置進行精確地定位，在工位兩側都設有急停按鈕裝置，可以在緊急情況時及時停止線體運行，設備設有人機界面（觸摸屏），可以監(jiān)控設備的運行狀況和現(xiàn)實故障位置，在線體兩側安裝有安全光柵(點對點式)和安全門等安全裝置，防止人員進入后線體對人身的傷害，往復桿與焊接夾具都預留了通訊接口。

3.2 機器人系統(tǒng)

為解決瓶頸工序節(jié)拍較長，勞動強度過大的問題（尤其是高頂），特對焊接線裝備一套龍門式機器人焊接系統(tǒng)，具體結構如圖12所示。

圖12 龍門式機器人焊接系統(tǒng)

該套系統(tǒng)附帶車型識別系統(tǒng)接收來自線體的車型信號，輸入到機器人控制系統(tǒng)，給出焊接指令；隨機附帶電極修磨器，按焊點數(shù)和完成當前工作2個條件對上下電極進行修磨。

機器人車型識別信號與線體同步，根據車型選擇焊鉗大小，G車型、V車型、J車型選用小焊鉗焊接頂蓋與左右側圍搭接處焊點，分別焊接50點、54點、50點，用時180 s，W車型依次選用2把焊鉗焊接中頂蓋四周焊點，共計109點，用時300 s。

4 投產效果及改進方向

4.1 投產效果

T701駕駛室焊裝線自2013年5月正式投產至今，已累計生產合格下線G車型、V車型、W車型、J車型合計120000余臺白車身，平均每小時可下線12～15臺白車身，達到設計要求的4.8 min/臺的節(jié)拍要求和4種車型任意混流生產的能力。對于T701系列駕駛室的擴展車型，如單排、雙排、加高頂?shù)茸冃诬?，T701焊裝線通過進一步的適應性改進，具備全部納入進行共線生產能力。

4.2 改進方向

4.2.1 二次轉運方案的優(yōu)化

要進一步提升T701駕駛室混流柔性化焊裝線的生產節(jié)拍，現(xiàn)階段地板線、主線除高頂外（機器人涉及換槍）焊接時間均滿足。分裝線現(xiàn)左右側圍焊接涉及零件多，需二次轉運，時間不滿足，因此需在該方向上進一步更改優(yōu)化。

4.2.2 后圍包邊工藝的改進

主線八工位后圍包邊工藝復雜、勞動強度大。在現(xiàn)有焊裝線設計基礎上需先人工預彎，再氣動包邊。該工位的改進將是下一步工藝優(yōu)化提升的重點。

5 結束語

T701駕駛室焊裝線項目采用了先進的工藝布置、制造技術及生產設備，較傳統(tǒng)焊裝線生產模式有了跨越式的突破，對比公司已定型生產十余年的CPB12焊裝線，無論從主線工位布置、線體結構和組織形式，分焊線的工藝布局，物料的物流方案等均進行了顛覆式的改變。

T701駕駛室焊裝線工藝布局可同時滿足標準型、加長型、高頂雙臥、窄款、單排等系列車型的任意混流共線生產，在瓶頸工序布置自動焊鉗系統(tǒng)和機器人系統(tǒng)完成左/右側圍拼焊和頂蓋的拼焊，單臺白車身生產節(jié)拍保證＜4.8 min，焊裝線工藝設計合理，自動化及柔性化水平居行業(yè)內先進水平。