汽車(chē)側(cè)圍焊接零件自動(dòng)化存運(yùn)系統(tǒng)的柔性生產(chǎn)研究及其應(yīng)用

龐李平 曾毅 姚孝龍

龐李平

畢業(yè)于成都理工大學(xué)，本科學(xué)歷，現(xiàn)就職于東風(fēng)模具沖壓技術(shù)有限公司成都分公司，主要研究方向：電阻點(diǎn)焊、螺柱焊接、白車(chē)身零件總成自動(dòng)化焊接工藝等。

摘? 要：本文基于神龍汽車(chē)有限公司乘用車(chē)E43項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中，側(cè)圍里板焊接總成零件在前期P84、P87、C84等車(chē)型積放站存運(yùn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加E43車(chē)型共線存運(yùn)的工藝流程進(jìn)行說(shuō)明。同時(shí)，對(duì)此類(lèi)自動(dòng)化存運(yùn)系統(tǒng)的柔性化生產(chǎn)研究及其應(yīng)用，進(jìn)行了技術(shù)性的概括和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化;柔性生產(chǎn);積放站;側(cè)圍總成零件;多車(chē)型掛鉤

中圖分類(lèi)號(hào)：U466? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1005-2550（2022）03-0093-05

Research and Application of Flexible Automatic Storage and Transportation for? Automobile’s Side Frame Inner Panel

PANG Li-ping， Zeng Yi， Yao Xiao-long

（ Dongfeng Die&Stamping Technologies Company Limited Stamping&Welding Branch? Chengdu， Chengdu 610100， China ）

Abstract： This article is based on the E43 project development of vehicle for DPCA， the automobile’s side Frame Inner Panel of E43 project. By the storage and transportation system of P84， P87， C84 and other models in the early stage， it is to explain the process description flow of common line storage and transportation of E43 model. At the same time， the flexible production research and application of this kind of automatic storage and transportation system are technically summarized and summarized.

Key? Words：Automatic; Flexible Production; Storage Station; Automobile’s Side Frame Inner Panel; Rack

1? ? 引言

隨著汽車(chē)行業(yè)朝著平臺(tái)化[1]，成本集約化生產(chǎn)模式邁進(jìn)，多車(chē)型共線生產(chǎn)白車(chē)身模式已經(jīng)逐步成為主流生產(chǎn)模式?；谄脚_(tái)開(kāi)發(fā)的多種車(chē)型共線生產(chǎn)要求焊裝生產(chǎn)線具備模塊切換，夾具、端拾器、周轉(zhuǎn)器具等具備多車(chē)型生產(chǎn)能力。

在生產(chǎn)時(shí)車(chē)型切換的同時(shí)也需要滿(mǎn)足主線節(jié)拍。我司18年進(jìn)行的節(jié)拍能力提升項(xiàng)目——東風(fēng)模沖成都分公司側(cè)圍積放站輸送自動(dòng)化項(xiàng)目，不僅滿(mǎn)足節(jié)拍交付同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了多車(chē)型自動(dòng)化柔性生產(chǎn)條件下，多車(chē)型的存運(yùn)功能。

在此平臺(tái)基礎(chǔ)上，神龍公司導(dǎo)入DPE項(xiàng)目EMP2V3新平臺(tái)，增加平臺(tái)第一款基礎(chǔ)車(chē)型——E43項(xiàng)目。成都現(xiàn)量產(chǎn)車(chē)型為SUV傳統(tǒng)燃油及插混車(chē)型，側(cè)圍零件共用率約70%，而E43項(xiàng)目為兩廂半掀背轎跑車(chē)型，側(cè)圍零件變化較大，幾乎無(wú)公用零件，且外形差異交大，這就為該車(chē)型導(dǎo)入自動(dòng)化積放站存運(yùn)系統(tǒng)增加了較大難度。本文則從不新增自動(dòng)化積放站存運(yùn)系統(tǒng)的背景下，導(dǎo)入新車(chē)型實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)共用的解決方案，為以后項(xiàng)目導(dǎo)入該系統(tǒng)提供一個(gè)樣板，最大化利用該系統(tǒng)的價(jià)值。

2? ? 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及自動(dòng)化存運(yùn)系統(tǒng)分析

2.1? ?零件特點(diǎn)：

2.1.1該自動(dòng)化存運(yùn)系統(tǒng)主要存運(yùn)的車(chē)型為EMP2的SUV車(chē)型P87、P84、C84車(chē)型，E43車(chē)型屬于新EMP2平臺(tái)的轎車(chē)車(chē)型，對(duì)于前側(cè)圍里板總成，從圖1可以看出，雖然E43車(chē)型大體形狀與其他車(chē)型差異較小，但是整體尺寸略小，其B柱處較其他車(chē)型低1610mm左右，且B柱朝向后門(mén)傾斜。

2.1.2 相對(duì)于前側(cè)圍里板總成，后前側(cè)圍里板總成四個(gè)車(chē)型差異較大（圖2），尤其E43車(chē)型作為轎車(chē)車(chē)型其整體高度偏低，而D柱因其溜背車(chē)造型，背門(mén)流水槽呈傾斜造型，與其他車(chē)型差異較大，在該項(xiàng)目夾具評(píng)審時(shí)，分析其夾具定位及工藝路線較其他差異巨大，這為自動(dòng)化存運(yùn)系統(tǒng)導(dǎo)入E43車(chē)型的一個(gè)困難點(diǎn)。

2.1.3 E43項(xiàng)目前/后側(cè)圍里板總成與自動(dòng)化存運(yùn)系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)施的車(chē)型差異大，對(duì)于該車(chē)型側(cè)圍零件導(dǎo)入增加了較大的困難點(diǎn)。

2.2? ?自動(dòng)化存運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

2.2.1自動(dòng)化存運(yùn)系統(tǒng)中主要的存運(yùn)器具（圖3）為托盤(pán)掛鉤，其中托盤(pán)為傳送鏈標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，掛鉤為定制非標(biāo)準(zhǔn)件，零件為存運(yùn)對(duì)象。掛鉤根據(jù)需要運(yùn)輸?shù)膶?duì)象適配定制。

2.2.2原前側(cè)圍里板總成托盤(pán)掛鉤設(shè)計(jì)方案導(dǎo)入

E43項(xiàng)目前分析說(shuō)明原前側(cè)圍里板總成托盤(pán)掛鉤設(shè)計(jì)方案中，因原三款車(chē)型零件通用型比較高。如圖4中，通過(guò)3D設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行分析，將三款車(chē)型鈑金件重疊后，發(fā)現(xiàn)A柱以及B柱處鈑金重合度比較高，可以采取共用吊點(diǎn)的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。所以原前側(cè)圍里板總成托盤(pán)掛鉤設(shè)計(jì)方案中，單套掛鉤匹配3中車(chē)型使用。

而E43車(chē)型因?yàn)槠溻k金結(jié)構(gòu)與其他車(chē)型不共用，所以按照原方案基礎(chǔ)上公用吊點(diǎn)實(shí)現(xiàn)掛鉤共用存在極大的難度，所以設(shè)計(jì)思路主要考慮為在優(yōu)化原掛鉤結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，新增E43車(chē)型專(zhuān)用掛點(diǎn)，同時(shí)，為了保證不影響原自動(dòng)化存運(yùn)系統(tǒng)中掛載零件數(shù)量，所以采用公用托盤(pán)形式。

2.2.3原后側(cè)圍里板總成托盤(pán)掛鉤設(shè)計(jì)方案導(dǎo)入E43項(xiàng)目前分析說(shuō)明

原后側(cè)圍里板總成托盤(pán)掛鉤設(shè)計(jì)方案中，原三款車(chē)型零件基本不共用，所以原自動(dòng)化存運(yùn)系統(tǒng)中三車(chē)型掛鉤采用各自專(zhuān)用掛點(diǎn)，共用托盤(pán)的形式（圖5）。原后側(cè)圍里板總成托盤(pán)掛鉤因采用車(chē)型專(zhuān)用掛點(diǎn)掛具，導(dǎo)致原掛鉤總體超重，所以采用雙托盤(pán)共同承載承載（如圖5），所以E43車(chē)型的導(dǎo)入的整體思路與原方案類(lèi)似，采用專(zhuān)用掛點(diǎn)的形式，因?qū)胄驴钴?chē)型，同時(shí)要考慮增加掛點(diǎn)后托盤(pán)的掛鉤總重量。

3? ? 專(zhuān)用托盤(pán)掛鉤設(shè)計(jì)

3.1? ?設(shè)計(jì)原則

3.1.1 設(shè)計(jì)精度：

自動(dòng)化存運(yùn)系統(tǒng)中托盤(pán)掛鉤安裝工位器具分類(lèi)屬于運(yùn)輸容器類(lèi)，但是因?yàn)樵撓到y(tǒng)融合在自動(dòng)化生產(chǎn)線體內(nèi)，并未采用傳統(tǒng)的人工搬運(yùn)。而是采用的機(jī)器人自動(dòng)化搬運(yùn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多車(chē)型存儲(chǔ)與運(yùn)送，在該系統(tǒng)的入口端與出口端采用的機(jī)器人端拾器進(jìn)行掛載與抓取，端拾器主要為定位銷(xiāo)定位。所以托盤(pán)掛鉤在搬運(yùn)過(guò)程中不同于其他容器，需要實(shí)現(xiàn)在搬運(yùn)后在出口端的誤差精度在±1mm以?xún)?nèi)。

3.1.2 定位原則：

根據(jù)精度要求，該托盤(pán)掛鉤設(shè)計(jì)的主要的任務(wù)就是在一定精度范圍內(nèi)將工件定位。零件的定位就是使一批工件每次放置到夾具中都能占據(jù)同一位置。但又不能采用定位銷(xiāo)定位的原理，同時(shí)因托盤(pán)本身屬于機(jī)械被動(dòng)行走裝置，不具備氣動(dòng)與電動(dòng)定位條件，所以只能采用自定位原理進(jìn)行定位。根據(jù)夾具定位原理[2]，設(shè)置相應(yīng)的六個(gè)約束，分別約束零件的六個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。如果零件的六個(gè)自由度都加以約束了，零件在空間的位置也就完全被確定下來(lái)了。因此，托盤(pán)掛鉤定位實(shí)質(zhì)上就是約束零件的自由度。

3.1.3 托盤(pán)承重原則：

根據(jù)托盤(pán)廠家的使用設(shè)計(jì)指導(dǎo)要求，托盤(pán)最大可承受負(fù)載重量為50KG。包括托盤(pán)（圖3）與零件的總量不能超過(guò)此重量。同時(shí)，因?yàn)橥斜P(pán)與掛鉤涉及到翻轉(zhuǎn)，對(duì)于單個(gè)托盤(pán)上掛鉤總重量不能超過(guò)30KG，掛鉤的重心要求應(yīng)按照?qǐng)D6的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。掛鉤重心在托盤(pán)中心線以下，根據(jù)圖6托盤(pán)重心距與最大承載重量表，掛鉤最大設(shè)計(jì)總重為30KG，重心距為0-800mm，隨著重心距增加，托盤(pán)的總重量按照?qǐng)D6示關(guān)系進(jìn)行減少。

3.2? ?設(shè)計(jì)方案

3.2.1前側(cè)圍里板總成托盤(pán)掛鉤設(shè)計(jì)方案導(dǎo)入E43項(xiàng)目方案

3.2.1.1 前側(cè)圍里板總成托盤(pán)掛鉤設(shè)計(jì)方案說(shuō)明：

根據(jù)2.2.2原前側(cè)圍里板總成托盤(pán)掛鉤設(shè)計(jì)方案導(dǎo)入E43項(xiàng)目前分析說(shuō)明中分析，因E43車(chē)型與其他車(chē)型存在較大差異，前側(cè)圍里板總成托盤(pán)掛鉤設(shè)計(jì)方案采用P84、P87、C84采用一組掛點(diǎn)，而E43采用一組掛點(diǎn)，兩組掛點(diǎn)承載兩個(gè)平臺(tái)車(chē)型。本方案的優(yōu)點(diǎn)是在保證原車(chē)型基礎(chǔ)上，新增E43項(xiàng)目及其平臺(tái)車(chē)型的拓展性。缺點(diǎn)是掛鉤重量會(huì)超過(guò)設(shè)計(jì)要求。

綜合分析設(shè)計(jì)下來(lái)的方案如圖7。

3.2.1.2 在設(shè)計(jì)前，零件放置分析時(shí)，通過(guò)前期現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)分析，托盤(pán)掛鉤負(fù)載各車(chē)型零件時(shí)的重心應(yīng)盡量保證在托盤(pán)掛鉤正下方（圖8），若零件重心偏離板件過(guò)遠(yuǎn)會(huì)導(dǎo)致托盤(pán)單側(cè)負(fù)載過(guò)重，導(dǎo)致托掛載不穩(wěn)定。本次方案通過(guò)3D分析發(fā)現(xiàn)重心基本要求。

3.2.1.3 通過(guò)3D設(shè)計(jì)軟件對(duì)其進(jìn)行重心距離進(jìn)行測(cè)算，本次設(shè)計(jì)方案托盤(pán)的重心距為175mm。根據(jù)3.1.3 托盤(pán)承重原則的最大設(shè)計(jì)重量應(yīng)為30kg以?xún)?nèi)。

3.2.1.3 通過(guò)3D設(shè)計(jì)軟件對(duì)其進(jìn)行重量測(cè)算，若按照改造前采用全鋼制加工定位塊，掛鉤的整體重量將達(dá)到57.495kg，單單掛鉤就超過(guò)托盤(pán)50kg的承載。若采用鋁合金材料進(jìn)行輕量化減重，托盤(pán)的重量則為20.87kg，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.2.1.3 定位分析：

E43車(chē)型掛鉤方案定位原則基本沿用原車(chē)型方案，如圖所示，通過(guò)B柱處定位裝置可以限制1個(gè)方向自由度，3個(gè)V型卡槽限制3個(gè)點(diǎn)自由度（該方向自由度因分布接近直線限制不足，自動(dòng)化存運(yùn)系統(tǒng)出口端有夾具夾緊修正定位），零件自身重力下垂掛置在V型槽內(nèi)限制2個(gè)點(diǎn)自由度，滿(mǎn)足3.1.2 定位原則要求。

3.2.2后側(cè)圍里板總成托盤(pán)掛鉤設(shè)計(jì)方案導(dǎo)入E43項(xiàng)目方案

3.2.2.1 前側(cè)圍里板總成托盤(pán)掛鉤設(shè)計(jì)方案說(shuō)明：

根據(jù)2.2.3原后側(cè)圍里板總成托盤(pán)掛鉤設(shè)計(jì)方案導(dǎo)入E43項(xiàng)目前分析說(shuō)明中分析，因E43車(chē)型與其他車(chē)型存在較大差異，故E43車(chē)型也采用專(zhuān)用專(zhuān)用掛點(diǎn)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，在原掛鉤基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，圖9展現(xiàn)改造后E43車(chē)型的托盤(pán)掛鉤方案。

3.2.2.2 在設(shè)計(jì)前，沿用3.2.1.2零件放置分析時(shí)，本次方案通過(guò)3D軟件分析發(fā)現(xiàn)重心在托盤(pán)正下方基本要求。

3.2.1.3 通過(guò)3D設(shè)計(jì)軟件對(duì)其進(jìn)行重心距離進(jìn)行測(cè)算（圖10）。后側(cè)圍為雙托盤(pán)，本次設(shè)計(jì)方案掛鉤1的重心距為125mm，掛鉤2為257mm。根據(jù)3.1.3托盤(pán)承重原則的最大設(shè)計(jì)重量應(yīng)為30kg以?xún)?nèi)。

3.2.1.3 通過(guò)3D設(shè)計(jì)軟件對(duì)其進(jìn)行重量測(cè)算，按照前側(cè)位采用鋁合金材料進(jìn)行輕量化減重，掛鉤1的重量則為11.91kg，掛鉤2的重量則為16.42kg，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.2.1.3 定位分析：E43車(chē)型后側(cè)圍總成掛鉤方案定位原則基本沿用原車(chē)型方案，通過(guò)3組V型卡槽、零件自身重力、仿形加工塊限制6個(gè)點(diǎn)自由度，滿(mǎn)足3.1.2定位原則要求。

4? ? 結(jié)束語(yǔ)

側(cè)圍焊接總成零件屬于汽車(chē)白車(chē)身中較大的工序總成零件，生產(chǎn)工藝流程中存運(yùn)過(guò)程若采用人工取、裝屬于較大負(fù)荷勞動(dòng)作業(yè)，自動(dòng)化存運(yùn)系統(tǒng)有效的解決了這個(gè)問(wèn)題。本次系統(tǒng)增加E43車(chē)型的研究及其應(yīng)用為該系統(tǒng)柔性化生產(chǎn)提供了一個(gè)研究途徑。通過(guò)本次方案的設(shè)計(jì)分析及討論，將自動(dòng)化存運(yùn)系統(tǒng)前期車(chē)型設(shè)計(jì)的一些思路及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，為后續(xù)車(chē)型項(xiàng)目導(dǎo)入提供了提供了研究及其應(yīng)用的方向。本次生產(chǎn)研究及其應(yīng)用通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)有效的調(diào)試已經(jīng)完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)使用要求，為E43項(xiàng)目側(cè)圍總成零件在自動(dòng)化線體中流轉(zhuǎn)。希望本次研究及應(yīng)用能為后續(xù)車(chē)型導(dǎo)入提供一些經(jīng)驗(yàn)及總結(jié)。

參考文獻(xiàn)：

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