中小型高速輥床輸送系統的研究與應用

呂　毅，謝　蔚，覃　石，周　華

（柳州五菱汽車工業有限公司，廣西 柳州545007）

在汽車車身和零部件焊接生產過程中，工件輸送技術一直是各大汽車工廠的重點研究對象。如圖1所示，傳統的輸送模式有空中小車（電動葫蘆）輸送和往復桿輸送。空中小車（電動葫蘆）輸送方式機械結構和動力比較簡單，一般用于手動輸送線或低自動化生產線，可實現單工位輸送也可實現多工位聯動，但效率很低。往復桿輸送的優點是可實現同步輸送，但其輸送效率也不高，一個輸送循環要20 s左右；其工件輸送到位精度不高，需要增加工件導向；可柔性生產能力差，車型切換機構設計復雜，且頻繁切換會造成不穩定；零件頻繁進出工裝定位，焊接變形大，碰撞風險高。伴隨著近十年汽車市場的白熱化競爭，對生產效率和質量的要求就顯得成為重要，上述兩種傳統輸送方式明顯已經跟不上時代變化。于是，一種更高效的輸送方式——高速輥床輸送系統就出現了。

圖1　空中小車（電動葫蘆）和往復桿輸送方式示意

1　高速輥床輸送系統的概念及應用現狀

高速輥床輸送系統由高速輥床與臺車隨行夾具（定位夾具安裝在臺車上，工件加載在臺車上跟隨臺車移動）兩部分組成，采用專用驅動控制系統（將變頻器直接安裝在驅動電機上），包括定位焊輥床、補焊輥床、轉臺、升降輥床和皮帶橫移機等設備，如圖2所示，可按需求搭建出完整的自動化輸送系統。

圖2　高速輥床輸送系統概念

近些年，外資及合資汽車主機廠的白車身焊裝生產線引入了高速輥床輸送系統，用于白車身主線上工件的輸送，如圖3所示。高速輥床輸送技術的應用，可以很好地解決傳統輸送方式的弊端。

圖3　高速輥床輸送系統在白車身主線上的應用

2　中小型高速輥床輸送系統的研究開發及應用過程

但除了在主機廠白車身線上的應用外，高速輥床輸送技術此前還沒有拓展到中小零部件焊接線上。由于中小零部件尺寸規格小，其結構和工藝更加復雜，高速輥床輸送技術與之結合難度很高，相關的技術研究和應用尚屬起步階段。

我公司是大型汽車零部件生產基地，雖說近年來已大批量應用機器人和其它裝備實現了焊接工藝的自動化，但由于中小零部件結構和工藝的復雜性，其輸送效率仍舊難以得到提升。用工成本大，設備效率低，急迫需要一種高效的輸送方式來解決這些問題。

2013年，我司開始與某知名裝備開發公司進行相關技術合作，探討在中小零部件焊接生產線上，如何實現高速輥床臺車輸送。經過一系列大量、深入的工藝方案探討、目標零件對比分析、臺車尺寸研究和輥床臺車樣件試驗等工作，終于在2013年底，與裝備制造公司一起制定了高速輥床臺車輸送技術五菱化的標準。包括系統PLC控制標準，旋轉輥床、固定輥床、升降輥床及臺車的尺寸標準，舉升機構型式，臺車切換方式，臺車回位方式，臺車隨行夾具定位單元設計標準等。

2014年，我司就在五菱宏光S系列后部下車體產品開發項目中，應用了中小型高速輥床臺車輸送技術，成功實現45JPH的高節拍輸出及穩定運行；2014年底至2015年初，對五菱宏光S系列后部下車體焊接生產線中高速輥床臺車應用過程中的問題進行整改，優化設計，固化了經驗成果。

迄今為止，已將中小型高速輥床及臺車輸送技術推廣應用至寶駿730系列后部下車體、寶駿全系前大梁、寶駿全系前地板、五菱新微客系列后部下車體、五菱宏光系列前地板焊接生產線上。

3　中小型高速輥床輸送系統的技術特點

通過對該種中小型高速輥床輸送系統在我公司各條種零部件焊接生產線上的應用情況分析，較傳統的往復桿輸送技術，其具備以下幾個顯著的技術特點：

（1）輸送效率高：單一輸送循環由24 s提升至6 s，節省輸送時間18 s，是傳統往復桿輸送效率的4倍。

（2）重復精度高：如圖4所示，采用VersaDrive驅動控制系統、VersaCoder速度控制系統，簡化了驅動電機與變頻器的控制方式，并且閉環控制臺車的加減速和最終定位，無需其他傳感器定位，重復定位精度高，實際運行中可達到±0.5 mm的精度，完全滿足鈑金點焊的工藝要求。

圖4　高速輥床臺車的控制系統

（3）柔性化程度高：定位與補焊工位分開，同平臺車型柔性生產設計簡單，容易實現；更可通過整體更換臺車隨行夾具，快捷地實現不同平臺的車型柔性切換。如圖5所示，某汽車廠在同一輥床臺車輸送焊裝平臺上實現了超過8種車型的混線生產。

圖5　輥床臺車線柔性化程度高

（4）工件定位穩定：整個焊車過程，零件跟隨同一臺車由首序至末序，不用脫離夾具定位，一直保持夾緊狀態，零件變形小，焊接質量穩定。

4　中小型高速輥床輸送系統的創新點

與主機廠標準輥床臺車相比，中小型高速輥床輸送系統還具有如下幾大創新點：

（1）制定了中小型輥床輸送系統技術標準。包括系統PLC控制標準，旋轉輥床、固定輥床、升降輥床及臺車的尺寸標準，舉升機構型式，臺車切換方式，臺車回位方式，臺車隨行夾具定位單元設計標準等。與車身主線高速輥床臺車相比，中小型輥床臺車的技術標準最大的特點，是結合了中小零部件的尺寸、工藝特點，量身定做了中小型的輥床及臺車的尺寸，規范了臺車隨行夾具的定位夾緊設計標準。該套技術標準可以應用到后部下車體、前地板、前圍板、前后大梁等中小型零件的焊接線輸送上，有利于節省生產場地，并可有效提高設備穩定性。

（2）創新性地提出了生產線回形布置方式。這極大簡化了生產線的基建工作量，節省了項目成本；設備布置一個平面，方便了維修及生產運行管理；可以預留額外的上件接口，方便后續車型導入，如圖7所示。該布置方式已成功應用五菱宏光系列后部下車體臺車線、寶駿730系列后部下車體臺車線。

（3）高柔性化生產及車型快速切換。相比車身主線，零部件的焊接工藝更為復雜，車型柔性切換的難度也更高。中小型高速輥床臺車系統通過回型布置、夾具定位多車型柔性設計、臺車整體切換等多種形式，綜合解決同平臺或不臺平臺車型柔性生產的問題。例如在五菱宏光系列后部下車體臺車線上，就可以實現2種不同平臺共4種車型的混線生產，且不同平臺的車型切換可以在半小時內完成。

（4）多種輸送方式無縫結合。根據產品及生產方式的特點，創新性地將輥床臺車+機器人+空中小車等多種輸送方式相結合，以穩定可靠的方式，最大可能地實現輸送過程全自動化。如圖6所示，某后部下車體自動焊接線就集成了輥床臺車+機器人+空中小車+滑移等多種輸送方式。

圖6　中小型高速輥床輸送系統的特點

5　經濟效益分析

以某車型一條后部下車體中小型高速輥床輸送自動焊接線為例，相較于傳統往復桿輸送方式，經濟效益顯著。

（1）生產效率大幅提升

輸送效率的大大提升，節拍提升22%.按常規生產負荷，每月2萬臺，年度24萬臺產量，結合該后部下車體單臺產值900元，年度增加產值4 752萬。

（2）新車型導入周期縮短

由于采用高速輥床臺車技術，新車型導入的設計和切換工作極為簡單。只需要設計工裝定位部分，臺車可采用整體切換，焊接設備僅作簡單軌跡示教，即可實現新產品導入。相比重新設計開發一條焊接生產線周期6個月，高速輥床臺車線上導入新車型，保守估計只需3個月，開發時間節約一半。

（3）新車型開發成本降低

新車型導入時，由于只需要投入臺車隨行夾具部分，輥床部分和其它焊接設備仍可繼續回用，簡單改造即可，1條生產線輥床臺車輸送部分節約的費用就可達800萬以上。

6　結束語

中小型高速輥床臺車輸送系統的開發及廣泛應用，填補了汽車焊裝輸送領域的一項空白，為汽車車身中小零部件焊裝線的輸送方式探索出了一條新路，經濟效益可觀。中小型標準的高速輥床輸送系統，在國內及國際上尚屬首創，具有極大的行業推廣前景。