一種全自動化焊接柔性側(cè)圍生產(chǎn)線的設(shè)計探討

何柳++陸德利++彭國振++魏小寶++陳長

摘 要：本文介紹了一種機器人全自動焊接的柔性側(cè)圍生產(chǎn)線，從側(cè)圍總成的大分塊結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)線布局方向、關(guān)鍵工裝夾具實現(xiàn)柔性的方式、抓手柔性方式、Pickup掛件柔性方式等幾個方面介紹生產(chǎn)線的柔性制造。

關(guān)鍵詞：側(cè)圍；布局；柔性制造；焊接；工裝夾具；Pickup

中圖分類號：U468.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）20-0036-02

汽車作為傳統(tǒng)制造業(yè)，其開發(fā)周期長，產(chǎn)業(yè)鏈龐大。就主機廠來說，一般包括側(cè)圍總成、門蓋總成、前車體總成、下車體總成及總拼、補焊線、調(diào)整線等。汽車更新?lián)Q代快，因而產(chǎn)品多樣化是汽車業(yè)的大趨勢，由于場地、投資等方面限制，如何實現(xiàn)生產(chǎn)線的柔性成為汽車制造業(yè)發(fā)展的重中之重。對于焊裝工藝來說，側(cè)圍分總成零件多、小零件數(shù)目多、工裝定位復(fù)雜，因而實現(xiàn)生產(chǎn)線柔性較之主線難度更高一些。傳統(tǒng)手工側(cè)圍生產(chǎn)線的多為“單線單用”模式，隨著工業(yè)模式自動化、智能化，新建生產(chǎn)線多以機器人焊接代替手工焊接，而機器人生產(chǎn)線投資高，單線單用會造成資源大量浪費，只能往柔性生產(chǎn)方向進(jìn)行規(guī)劃。

1 側(cè)圍總成基本構(gòu)成

一種SUV側(cè)圍總成圖1所示，側(cè)圍一般由側(cè)圍外板、加強內(nèi)框、A/B柱加強框、輪罩加強框、D柱、外板延伸板、加油口支架、鎖扣加強板、翼子板安裝支架等組成。由于側(cè)圍區(qū)域在很大程度上決定了車型的顏值，因此對于任何一款新開發(fā)的車型，可能車架件或地板件是借用原先車型的數(shù)據(jù)，但是側(cè)圍總成一定是全新的，這就意味著側(cè)圍總成的生產(chǎn)線兼容性要高，隨時可以進(jìn)行車型切換生產(chǎn)[1]。

側(cè)圍工藝流程如圖2所示。

2 機器人柔性側(cè)圍生產(chǎn)線布局形式

側(cè)圍件由于零件多，分層明顯，且有較多小件，因此側(cè)圍生產(chǎn)線至少要有1個以上裝件拼臺，補焊臺拼臺數(shù)則根據(jù)側(cè)圍總成焊點數(shù)和生產(chǎn)節(jié)拍進(jìn)行設(shè)計。按目前我司的實際情況，主機廠側(cè)圍生產(chǎn)線焊點在200—300點左右，2個裝件、定位焊拼臺，3個補焊拼臺，對于設(shè)計節(jié)拍較低的，補焊臺可以為地面補焊臺+七軸搬運補焊的形式，對于設(shè)計節(jié)拍較高的，由于七軸機器人需要抓件、行走及掛件，以上幾個步驟總時長較長，七軸補焊機器人存在等待時間過長，如果制造節(jié)拍要求較高，不推薦使用七軸搬運，可以將七軸搬運改為固定臺補焊的形式[2]。七軸補焊生產(chǎn)線布局圖3所示，固定臺補焊生產(chǎn)線布局圖4所示。

從圖3、圖4可以看出，生產(chǎn)線設(shè)計節(jié)拍對最后一個補焊臺的影響較大，排除設(shè)計節(jié)拍的影響，從成本控制及后期運行維護(hù)方面來看，固定臺補焊優(yōu)于七軸補焊，從以往項目運行情況來看，七軸極易損壞，且換七軸皮帶時，搬運機器人需要移走，復(fù)位調(diào)試周期長，對生產(chǎn)線影響較大。固定補焊臺可以在廠房空中搭建鋼構(gòu)，從而將鋼平臺上的下探機器人換成倒掛機器人，下探機器人鋼構(gòu)下標(biāo)高要控制在一定高度以上，以滿足機器人的運動軌跡要求，對后期機器人及焊鉗、管線包等維護(hù)較為不便，除此之外，倒掛機器人與下探機器人在功能上并沒有明顯區(qū)別。

3 側(cè)圍線柔性生產(chǎn)模式

3.1 工裝夾具柔性形式

3.1.1 轉(zhuǎn)臺工裝切換

圖5所示轉(zhuǎn)臺為A/B面轉(zhuǎn)臺，工裝為三腳架形式，A面進(jìn)行裝件的同時，B面進(jìn)行機器人定位焊，當(dāng)搬運機器人將焊好的零件抓走、前一個拼臺的焊合總成就位后，B面轉(zhuǎn)到裝件面，已完成零件安裝的A面轉(zhuǎn)180°到機器人面進(jìn)行焊接，這樣零件安裝不對焊接時間產(chǎn)生影響，與傳統(tǒng)手工生產(chǎn)線相比，節(jié)約了零件安裝的時間。三腳架形式的工裝設(shè)計可以改善員工裝件時的人機工程，且可以增大焊接機器人掃略范圍。

切換時小車通過地面定位裝置與轉(zhuǎn)臺上的工裝對接，先切換A面工裝，轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)180°后在同一位置切換B面工裝。一般來說，旋轉(zhuǎn)臺的工裝從A柱或D柱切換均可，同一轉(zhuǎn)臺上的要求從同一個方向切換，為了實現(xiàn)不同生產(chǎn)線的柔性，建議所有生產(chǎn)線均設(shè)計成同一方向切換。工裝推到位后推進(jìn)方向有機械限位機構(gòu)，同時感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)工裝到位，轉(zhuǎn)臺上的主定位銷升起，切出方向的氣缸壓緊，最后再把4個手動鎖緊機構(gòu)鎖緊，即可完成工裝切換。

3.1.2 補焊臺工裝切換

補焊臺采用地面機器人+下探機器人補焊的形式，下探機器人安裝在鋼平臺上，補焊臺工裝從鋼平臺下方進(jìn)行切換，與轉(zhuǎn)臺切換形式一樣，補焊臺也是通過地面定位裝置實現(xiàn)切換小車與工裝對接，從鋼平臺下方進(jìn)行切換。為了降低切換難度，補焊臺工裝一般兩段式，分段進(jìn)行切換。

除了上面這種手工切換形式，補焊臺的工裝還可以通過機器人切換，機器人切換比人工切換的形式更占用生產(chǎn)線場地。同理，補焊臺工裝切換方向可以設(shè)計成輪罩方向或流水槽方向，為了便于車型柔性及統(tǒng)一，前期設(shè)計時應(yīng)全部統(tǒng)一成一個方向。不同于專線工裝的設(shè)計結(jié)構(gòu)，柔性線工裝是固定的底板面+可切換面組合的形式，底板面兼容所有車型，真正的夾具部分隨車型切換。切換時，小車沿地面定位裝置推到位，小車上的凸起卡到工裝底板上的卡槽限位，再手工將小車上的工裝推到底板上，固定鎖緊。

3.2 抓手柔性形式

為了節(jié)約投資成本，機器人抓手應(yīng)盡可能實現(xiàn)兼容，若實在無法兼容，抓手柔性的形式可采用插拔式切換和整體切換兩種形式。插拔式切換是在地面使用“精確料架”放置所需更換部件的形式，機器人通過切換抓手上的特定部件實現(xiàn)不同車型的抓手共用，其切換形式類似焊接機器人的換槍功能。整體切換式是通過地面定位裝置確定切換小車的位置，把抓手整體切換到小車上去。對于工裝夾具和抓手，切換小車占地比較大，夾具部分由于機構(gòu)復(fù)雜、重量較重，通過在地面推走、地面存放的方式方式比較落后，因此整體式切換可通過雙層抓手存放架、空中輸送平臺等方式進(jìn)行存放[3]。

3.3 Pickup柔性掛件形式

為了實現(xiàn)柔性生產(chǎn)，Pickup也需要實現(xiàn)不同車型的掛件。對于同一個Pickup機構(gòu)，柔性車型掛件時Pickup托舉點需要在Z向可以根據(jù)節(jié)拍需求調(diào)整。由于掛件機器人前期位置已固定，機器人抓放件要有一定預(yù)留量，因此托舉點X向坐標(biāo)要求固定，Y向可滑移，根據(jù)零件狀態(tài)調(diào)整Pickup滑開距離。Pickup掛件時，托塊向下打開，機器人掛件到位，感應(yīng)支架被下壓，感應(yīng)開關(guān)將信號傳回主控制器，托塊回原位，Pickup上升并通過特定軌道將側(cè)圍輸送到主線進(jìn)行裝件。該機構(gòu)可以實現(xiàn)左右側(cè)圍同時掛件，搬運機器人及抓手同時退出，若柔性其他車型需要將左右側(cè)圍掛件寬度加寬或縮窄，可通過調(diào)節(jié)軌道上的滑移槽位置進(jìn)行Y向調(diào)整，其機構(gòu)如圖6所示。

4 應(yīng)用模式

目前公司已經(jīng)建成該類型的自動化柔性生產(chǎn)線，可以實現(xiàn)不同類型的車型柔性制造（MPV、SUV、Car），改變了單一專線的生產(chǎn)模式。該類型的側(cè)圍生產(chǎn)線所有焊點均采用機器人焊接、人工裝件和涂膠的形式，往后，隨著側(cè)圍零件平臺化、總成化的發(fā)展，裝件和涂膠也會往自動化這個方向發(fā)展。同手工線相比，機器人線體單班次可以優(yōu)化所有焊接人員，只需保留裝件人員，按三班次的生產(chǎn)模式，每條柔性側(cè)圍線可三個班次人員。機器人柔性側(cè)圍線的建設(shè)，實現(xiàn)了側(cè)圍總成100%自動化焊接，向整車廠自動化率提升又邁進(jìn)了一步。

目前，我司已建成3條機器人柔性側(cè)圍線，共計導(dǎo)入車型6種，已導(dǎo)入的所有車型可在所有柔性側(cè)圍線進(jìn)行柔性制造。

5 結(jié)語

在汽車制造技術(shù)要求越來越精良的今天，在滿足生產(chǎn)要求的情況下對焊點的質(zhì)量要求、外觀要求也越來越高，自動化生產(chǎn)線的開發(fā)也是大勢所趨。機器人焊接在很大程度上提升了焊點質(zhì)量的穩(wěn)定性，焊偏、漏焊、多焊的情況基本不會出現(xiàn)，只要前期焊接參數(shù)規(guī)范，焊接毛刺、虛焊、脫焊等問題也可以得到有效控制。同時，柔性生產(chǎn)線可以解決單一專線回收率較少的問題，生產(chǎn)線建好后可以根據(jù)市場需求及時調(diào)整制造的車型，而不用重復(fù)投資及新建專線，可以大幅度縮減后期生產(chǎn)線建設(shè)周期，滿足“更快、更好、及時響應(yīng)市場”的制造理念。

參考文獻(xiàn)

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[3]李秀啟，汽車側(cè)圍分拼柔性焊接線布局淺析[J].制造業(yè)自動化，2017，（4）：52-55.endprint