白車身焊裝線內(nèi)置式主夾具的規(guī)劃開發(fā)及應(yīng)用技術(shù)研究

關(guān)鍵詞：汽車；白車身；主夾具；內(nèi)置式

中圖分類號：U466 文獻標識碼：A

0 引言

乘著“大力發(fā)展新能源汽車”的新風，造車新勢力如雨后春筍般涌出，給汽車市場注入了新的活力。各大傳統(tǒng)主機廠為搶占市場份額，也紛紛加入“內(nèi)卷”行列，各種新車型的推出應(yīng)接不暇，舊車型“煥新”也不甘落后。在市場終端快節(jié)奏的沖擊下，制造系統(tǒng)也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

為滿足市場終端的需求，適應(yīng)汽車車型多樣化生產(chǎn)、成本控制和精益制造的要求，國內(nèi)各大汽車主機廠開始建設(shè)柔性生產(chǎn)線，這意味著同一條生產(chǎn)線需要兼容生產(chǎn)多種車型，以某公司某基地車身車間為例，某生產(chǎn)線的設(shè)計兼容車型為6 個。待產(chǎn)車型的工裝在有限的場地中存放存在極大的失效風險和安全問題，尤其是在車身線總拼工位中用于下車體總成和側(cè)圍總成焊接工位的主夾具。傳統(tǒng)主夾具存在占地面積大，主夾具切換時間長等問題，極大地限制了生產(chǎn)線的柔性最大化和生產(chǎn)效率，難以適應(yīng)目前的市場快節(jié)奏。

1 總拼工位工藝分析

國內(nèi)各個汽車主機廠在車身線主拼工位的工藝BOP 不盡相同，目前的總拼工位工藝BOP 主要分為兩大類，兩者的區(qū)別如圖1 所示[1]。

（1）一類是側(cè)圍內(nèi)板和側(cè)圍外板分開裝配焊接，先把側(cè)圍內(nèi)板和下車體總成進行焊接，再把側(cè)圍外板裝配到含側(cè)圍內(nèi)板的下車體總成上進行焊接。

（2）另一類是先把側(cè)圍內(nèi)板和側(cè)圍外板等其余側(cè)圍零件焊裝好形成一個側(cè)圍總成，再把側(cè)圍總成直接焊接在下車體總成上。

2 內(nèi)置式總拼主夾具工藝分析

裝夾順序是：下車體總成送至總拼線—側(cè)圍預(yù)裝放置在下車體總成上—主夾具降下定位夾緊焊接。該種總拼方式去掉了傳統(tǒng)的側(cè)圍夾具框架，整個夾具是從無頂蓋的白車身上方進入車廂內(nèi)部，夾具的夾頭從內(nèi)部夾緊。這種內(nèi)置式的夾具結(jié)構(gòu)所占空間小，焊接機器人更容易靠近焊接部位，焊接工藝性強[2]。

3 內(nèi)置式主夾具的規(guī)劃開發(fā)

總拼主夾具主要根據(jù)相應(yīng)生產(chǎn)線工藝流程做規(guī)劃，受到車間場地面積，需求共線柔性生產(chǎn)車型數(shù)量，開發(fā)成本與時間等因素制約影響；在需求共線柔性生產(chǎn)的車型數(shù)量上，按現(xiàn)有車型的開發(fā)數(shù)量與迭代速度，一條白車身生產(chǎn)線需6 種車型共線是較為理想的，即要求在總拼線未來至多6 套工裝主夾具。

內(nèi)置式總拼主夾具的各定位組件安裝在一個框架上，僅占用一個工位，作業(yè)時主夾具布置在白車身內(nèi)側(cè)，從內(nèi)側(cè)定位零件，外部夾緊，不占用白車身外側(cè)空間，大大提升了焊接機器人的機焊接空間和焊接效率，從而更好地保證了白車身焊接質(zhì)量。內(nèi)置式主夾具采用空中夾具庫的儲存和切換的形式，通過電控實現(xiàn)不同車型主夾具的快速切換，柔性化程度高，占用生產(chǎn)線面積小，切換簡單快速。

結(jié)合以上場地面積、開發(fā)成本、焊接可達性、焊接質(zhì)量和柔性化程度等綜合分析，采用內(nèi)置式主夾具方案最優(yōu)，能最大程度的符合企業(yè)未來乘用車規(guī)劃。

4 內(nèi)置主夾具設(shè)計要求

4.1 夾具的設(shè)計要滿足車身零件的定位要求

主夾具設(shè)計前，確認定位單元組件構(gòu)成，結(jié)合工藝發(fā)布的一致性基準定位策略（CDLS），分析各定位組件夾具的位置，以絕對坐標為基準，建立基準平面，確定邊界條件、安全距離以及排除相互干涉等內(nèi)容，保證零件的定位要求。

4.2 夾具的設(shè)計要滿足焊接要求

白車身的零件主要是通過電阻點焊焊接而成，設(shè)計夾具的一個重要目的就是滿足白車身零件的焊接要求[2]。

（1）操作高度（人工焊接）。操作高度即指地面到焊鉗把手之間的高度。當操作者的身高為1 750 mm，操作高度焊鉗平放時操作高度一般為800.00 ～ 1 100.00 mm ，焊鉗立放時操作高度一般為1 200.00 ～ 1 500.00 mm[3]。

（2）焊鉗通過性。要盡可能少的進槍與退槍，焊接過程中容易焊接且不與夾具干涉。

4.3 夾具的設(shè)計要滿足生產(chǎn)的規(guī)劃要求

夾具的設(shè)計要滿足汽車生產(chǎn)的規(guī)劃要求，譬如生產(chǎn)節(jié)拍、焊點分配、夾具在生產(chǎn)線的布置[4]、車身零件的焊接順序、夾緊焊接過程的分析等，這些都是夾具設(shè)計要考慮的因素，也是夾具設(shè)計必須滿足的要求。當夾具設(shè)計與這些因素發(fā)生矛盾時，我們要及時與相關(guān)區(qū)域進行溝通和協(xié)調(diào)，必要時做出適當?shù)母?，更改夾具或者調(diào)整相應(yīng)的內(nèi)容。

5 內(nèi)置式主夾具的設(shè)計應(yīng)用

內(nèi)置式主夾具的設(shè)計可分為兩部分，分別是定位單元和框架，下文對白車身典型結(jié)構(gòu)的定位單元和框架進行分析。

5.1 定位單元

為了能夠?qū)崿F(xiàn)定位的可靠和精度，保證焊接過程的夾緊力和零件完整性需求，需要設(shè)計比較復(fù)雜的運動機構(gòu)，設(shè)計難度較高，主要表現(xiàn)在以下幾點。

（1）主定位設(shè)置，氣缸同步作滑移和翻轉(zhuǎn)運動。

（2）為了簡化空間和工裝結(jié)構(gòu)，部分工裝采用四連桿機構(gòu)，可以實現(xiàn)氣缸短行程夾長運動軌跡。

（3）為了布局優(yōu)化，許多定位組件共用1 個氣缸作為動力源等。

根據(jù)汽車白車身的結(jié)構(gòu)特征，大致可將主夾具的基本定位單元按如下分布。

5.1.1 主定位單元

主定位單元一般布置在車身前部A 柱附近（圖2），由定位塊、定位銷和壓臂組成，其工作邏輯分兩級，定位單元先隨主框架落下至車身內(nèi)，中心框架氣缸推出，定位銷進定位孔、定位塊定位，最后壓臂夾緊，達到定位側(cè)圍A 柱的作用。

（1）上邊梁/ 前梁/ 后梁定位單元（圖3）。上邊梁定位單元以主框架為中心左右對稱，根據(jù)具體車型和其他產(chǎn)品信息輸入確定單元數(shù)量（圖例為3 組），其結(jié)構(gòu)相似，動作時序一致，其工作邏輯同樣分兩級，一級動作為定位塊定位，二級為壓臂夾緊。

（2）前后橫梁定位單元結(jié)構(gòu)相同，設(shè)計原理相同（圖4）。動作時序：前后橫梁定位單元有銷定位，在主框架到位后，前后橫梁氣缸打開，夾具動作時，先進銷再夾緊。

5.1.2 B 柱定位單元、C 柱定位單元

（1）B 柱定位單元安裝在B 柱或B/C 柱框架上（圖5），有些車型B 和C 柱的定位單元集成在一個框架上面。由氣缸推動連接板，再由連接板推動壓臂，繞鉸鏈板旋轉(zhuǎn)，夾緊產(chǎn)品。

（2）如圖6 所示，C 柱定位夾緊單元由兩個定位點和一個夾緊點組成，連接在C 柱框架或B/C 柱集成框架上面，滿足車身C 柱位置的定位和夾緊，保證側(cè)圍C 柱的位置度。動作時序：當C 柱定位夾緊單元夾緊部分處于打開狀態(tài)，連同C 柱框架或B/C 柱集成框架Z 方向下降到工作位， B、C 柱框架進行Y 方向滑移，滑移到位后，定位塊到位，銷子進銷，然后C 柱定位夾緊單元氣缸夾緊，從而整個單元達到定位夾緊的工作狀態(tài)。

5.1.3 下安裝板定位單元、后端板定位單元

（1）下安裝板定位單元（圖7）用于前車體焊合件的定位與壓緊，兩個單元集成在下安裝板框架上面，框架動作時帶動單元整體下移，完成定位與壓緊。

（2）后端板定位單元。在設(shè)計時需要考慮定位塊布置的位置，定位塊需布置在后端板如圖8 所示的位置，側(cè)圍和后端板搭接處，保證后端板和側(cè)圍之間沒有間隙以及后端板位置的正確性；考慮定位塊周邊和產(chǎn)品的安全距離，確?；七^程中不會產(chǎn)品發(fā)生干涉；確保定位單元和框架連接的便捷性和強度。CJsMqP65LOvvF3mh90g26w==

5.2 框架

5.2.1 主定位框架（A 柱框架）

A 柱框架位于車身前部A 柱附近（圖9），連接主定位單元安裝面、上邊梁左/ 右定位單元安裝面，要求安裝面盡可能大且銷釘對角布置，使主定位單元、上邊梁定位單元方便安裝，懸臂較短且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定?？蚣苤杏蓛蓚€氣缸對向拉伸安裝座，將兩側(cè)單元收回框架中心。

5.2.2 B/C 柱框架、后端板框架

（1）B/C 柱框架（圖10）用于B 柱和C 柱定位單元的工作與退回，有些車型B 柱、C 柱框架是獨立與主框架連接，有些車型B 柱、C 柱框架則是集成在一起與主框架連接。

（2）后端板框架（圖11），保證結(jié)構(gòu)強度，為導(dǎo)軌和安裝支架提供安裝面。

6 內(nèi)置主夾具的安裝調(diào)試

工裝夾具設(shè)計與制造過程存在尺寸鏈和制造誤差，因此在新焊裝夾具投入生產(chǎn)之前，需要調(diào)試驗證至合格狀態(tài)。

6.1 三坐標測量

在主夾具供應(yīng)商加工并裝配完成之后，需要對工裝進行三坐標測量。因為主夾具是一個整體框架式結(jié)構(gòu)，沒有直接安裝在底板上，無法直接在底板上建立坐標系，所以采用在框架上設(shè)立建標基準，利用激光測量儀進行初步掃描，確保各工裝部件加工無誤。建標基準見圖12，整個框架上有4 個這樣的基準，確保建標精確。

6.2 主夾具的組件安裝

主夾具是個相對獨立的系統(tǒng)，因此在主夾具進廠后，可離線對主夾具系統(tǒng)進行電路、氣路的安裝調(diào)試工作，可在生產(chǎn)線外接臨時電、氣驗證檢查各工裝組件的動作，確認并解決干涉、卡滯、電控信號、動作邏輯順序等問題，然后再接入生產(chǎn)線主線的主夾具切換系統(tǒng)，通過快插接口快速實現(xiàn)主夾具快速切換工作。最后，在新車型導(dǎo)入過程中根據(jù)實際情況完善主夾具各個機構(gòu)的定位，保證白車身裝配和焊接質(zhì)量。

6.3 框架定位單元組件安裝

主夾具通過安裝于底板上的四個定位組件來保證各定位單元與下車體的尺寸關(guān)系，因此這四個組件安裝精度非常高（圖13）。在將各定位組件安裝到底板上之后，需要三坐標測量儀器設(shè)備精確調(diào)整各定位銷和定位面，保證定位銷于下車體主定位銷尺寸誤差在±0.10 mm，定位面與下車體定位面尺寸誤差在±0.15 mm，各定位銷之間尺寸誤差在±0.15 mm，各定位面平行度在±0.20 mm。在將各定位銷和定位面調(diào)整完畢之后，實配銷將各組件固定。

因為各定位組件安裝在主夾具框架上，主夾具框架定位在安裝于底板上的4 個定位柱上，這樣就有多重累計誤差。為了消除各累計誤差，需要在底板上建測量基準，以確保下車體定位工裝和主夾具工裝定位一致性。

7 結(jié)束語

內(nèi)置式主夾具是車身制造創(chuàng)新設(shè)計的一種新型定位工裝，柔性化程度高，可以做到多款車型共線生產(chǎn)，各車型工裝主夾具在非使用狀態(tài)時放置在空中區(qū)域，不同車型主夾具切換在180 s 就可以完成，大大節(jié)約了生產(chǎn)空間。本文從多年的實踐應(yīng)用中，總結(jié)了內(nèi)置主夾具的優(yōu)異特性，并詳細地闡述了設(shè)計安裝調(diào)試技術(shù)。在規(guī)劃開發(fā)過程中，注重對知識的積累與創(chuàng)新，從而更好地提高技術(shù)。

作者簡介：張武，本科，工程師，研究方向為汽車集成制造技術(shù)。黃嬌美，本科，工程師，研究方向為汽車集成制造技術(shù)。