往復桿輸送系統在貨車車身零部件焊裝生產線上的研究與應用

王 輝，黃仁果，黃長亮

（柳州五菱汽車工業有限公司，廣西 柳州545007）

0 引言

在汽車車身和零部件焊接生產過程中，影響工藝水平高低的因素不僅包括焊裝設備的先進性、自動化程度高低、工藝流程的合理性，還有一個很關鍵的因素就是焊裝線所采用的輸送形式，其實工件在工序間的輸送一直是困擾各大工廠的難題。目前采用的輸送模式有高速輥床臺車系統、往復桿輸送系統、空中小車輸送[1-2]，一般高節拍的焊接生產線采用高速輥床臺車系統。高速輥床臺車系統的優點是工件輸送到位精度好，可柔性生產能力強，車型切換機構設計較簡單，穩定性好，焊接變形小，可實現同步輸送，可大大減少吊運輔助人員。其最大缺點是成本太高，單工位輸送系統造價為500K元，對于貨廂零部件這種低成本的產品，沒有必要考慮用到高速輥床臺車輸送系統，而空中小車的輸送是將零件從前工位提升至空中傳輸至后工位，工件輸送到位精度差，需要增加工件導向，可柔性生產能力差，小車的車型托塊機構設計復雜，穩定性差，零件頻繁進出工裝定位，碰撞風險高，輸送不能同步，效率還會更低。因此在眾多的輸送方式中，結合實際貨車貨廂零部件本身，在設計開發產線時考慮用到往復桿輸送系統。它相比空中小車，機械化程度高，輸送到位精度較高，通過主定位切換柔性多種車型產品、車型切換機構較為簡單，焊接穩定性較好，輸送同步，輸送效率較好；相比高速臺車，造價成本較低。

1 往復桿輸送系統的概念及應用現狀

往復桿輸送系統由垂直升降機構、水平運動機構、氣缸輔助機構、定位機構以及PLC電控系統組成[2]，往復桿與夾具相互連接，一同構成焊裝線，工位間距一般小于5 000 mm，車身重量小于500 kg以下的車型。往復桿輸送系統的特點就是機械化程度高、輸送定位精度高、一般輸送定位精度能夠達到±0.1 m。按照往復桿輸送系統運動方式的不同，可以分為獨立頂升式和整體頂升式往復桿輸送系統。其中最早得到應用的是整體式的，目前國內汽車行業仍有很多焊裝線都是采用此種整體頂升式往復輸送，而獨立升降式往復輸送是在某種程度上對整體頂升式往復輸送系統基礎上進行的優化和升級[2]。見圖1、圖2。

圖1 往復桿輸送系統模型（1）

圖2 往復桿輸送系統模型（2）

2 貨車車身零部件焊裝線往復桿輸送系統的研究開發及應用

往復桿輸送技術除了在整車廠大型零件產線上有應用外，在某零部件企業的中小型零部件焊接線上也已得到相關的應用[2]，工位間距在3 200 mm，此次開發的貨車產品產品有兩種車型，尺寸都已經超過3 000 mm，此外還要柔性原有兩種老款車型；2017年下半年開始，我司開始了與某知名裝備制造公司進行相關技術合作，探討往復桿輸送系統應用在貨車車身部件焊接生產線上，如何更好地實現輸送及柔性。

經過一系列深入的方案探討、目標零件對比分析、工位間距尺寸研究等工作，在2017年9月份，與裝備制造公司一起制定了此次往復桿輸送技術標準，包括系統PLC控制標準，工位間距標準（最終定在4 350 mm）、車型切換機構的尺寸標準等內容。在設計開發過程中，制定了貨車車身零部件焊裝產線工藝布局，2條生產線，都是11個工位，工位間距為4 350 mm，詳細見圖 3、圖 4。

圖3 貨車車身零部件車廂底板總成線工藝布局圖

圖4 貨車車身零部件前車架總成線工藝布局圖

該生產線采用整體頂升式往復輸送系統，工件的升起和下落通過三相異步電機變頻調速帶動擺桿（見圖5），每個工位的擺桿將往復桿頂起及下落（見圖6）、每個工位氣缸（見圖7）輔助拉伸來實現，往復前后行走是通過SEW伺服電機帶動齒輪齒條嚙合傳動（見圖8），整個輸送過程20 s。

圖5 三相異步電機帶動擺桿實現上升、下降動作

圖6 擺桿托起往復桿型材

圖7 上升下降輔助氣缸

圖8 SEW伺服電機帶動齒輪齒條水平傳動

柔性生產的實現：此次開發的貨車車身零部件產品有兩種車型，同時還要考慮老款兩種車型柔性混線生產，需要在產線夾具上考慮如何實現柔性生產，首先往復桿上輸送零件定位考慮是在定位托架上選用不同的支撐塊（見圖9），焊接夾具上設計翻轉切換機構（見圖10），通過以上實現車型切換。

圖9 往復桿柔性定位支撐機構

圖10 焊接夾具柔性切換機構

2017年底至2018年初，順利實現批產，實現往復桿輸送系統在貨車貨廂零部件焊裝線上的實際應用，批產之后對貨車車身零部件往復桿輸送焊接生產線應用過程中的問題進行整改，優化設計，固化經驗成果。

3 貨車車身零部件焊裝線往復桿輸送系統的技術特點

通過往復桿輸送系統在我公司貨車車身零部件生產線的應用情況分析，其具備以下幾個顯著的技術特點：

（1）輸送效率高。是空中小車輸送的2倍，單一輸送循環由40 s提升至20 s，節省輸送時間20 s；

（2）重復精度高。采用SEW伺服驅動控制系統、通過伺服編碼器控制，輸送平穩，重復定位精度高，簡化了驅動電機與變頻器的控制方式，并且閉環控制往復桿行走的加減速和最終定位，實際運行中可達到±1 mm的精度，完全滿足了貨車零部件點焊的工藝要求；

（3）柔性化程度高。本次往復桿輸送系統柔性生產了四種車型，產線柔性化程度高，大大提高了產線利用率；此外，如要柔性其他車型，只需要根據在線上調整支撐托塊位置及長度即可；同平臺車型柔性生產設計簡單，容易實現；

（4）噪音低。此往復桿上升下降、前后行走動作都是通過電機帶動，各個工位間同步輸送，運行比較平穩，精度高，噪音低，整個過程全自動循環輸送。

6 結束語

本文通過對往復桿輸送系統在貨車車身車身零部件焊裝線的研究分析，最終實現四種車型的開發和應用，提高了生產線的柔性效率，為公司高品高效輸出可持續發展奠定了堅實的基礎。