簡單焊接裝置在白車身焊裝線的應用研究

劉國斌 李裕連

【摘 要】隨著技術的進步及人力成本的增長，機器人自動焊接在小批量、高柔性白車身生產線上應用越來越多，但在一些單一高產量車型生產線中運用機器人進行焊接的成本較高。文章介紹的簡單焊接裝置通過與工裝的設計融合，定位、焊接一體化，結構上實現定位和焊接，滿足尺寸定位要求，保證產品間隙段差，并解決一些工裝密集、人工焊接人機工程問題或機器人焊接難布置的問題，實現降本增效。

【關鍵詞】簡單焊接裝置;一體化;模塊化;低成本;集成

【中圖分類號】U463 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）10-0034-03

1 研究背景及問題提出

焊接工裝夾具作為保證汽車焊接質量的高精尖設備，夾具的設計質量、緊湊性、模塊化一直是企業的重點及難點工作之一。汽車產品總拼焊接零件復雜，空間狹小，裝配精度要求高，因此簡單焊接裝備與工裝的一體化設計集成研究及標準化應用尤為重要。

2 問題分析及研究對比

2.1 內置式合拼尾門框焊接裝置問題分析及研究

尾門框涉及尾燈、后保險杠、尾門安裝之間的間隙段差，是車身尺寸重點控制區域，由于定位要求高，此處的工裝比較密集，因此預留的焊接空間比較有限，既要滿足定位要求，也要預留焊接空間，不管是人工焊接還是機器人焊接都很難布置。人工焊尾部這個位置的焊點，人要站在尾部，目前的輸送線人更難站立，操作手工焊鉗的人機工程變得更差，此外上下部位置都有定位夾具，空間比較小，焊接容易干涉夾具;機器人焊接由于受外圍布局所限，地面沒有多余空間布置機器人，布局專門的機器人到空中焊接的成本非常高，機器人利用率過低。

圖1為目標車型的定位CDLS要求，為了保證整個尾門框的尺寸，定位夾緊達到5處，圖2為目標車型的尾門框與底板的焊接焊點要求。圖1處圓圈位置處既要求定位，也需要焊接，空間緊湊，焊鉗與定位夾具存在干涉的風險，此次生產線布局緊湊，布置機器人焊接困難。

2.2 外置式合拼側框焊接裝置問題分析及研究

合拼工位主要是對下車體、側圍、頂蓋橫梁進行精確定位后進行焊接，需要對各個零部件進行精確定位，夾具較多，夾具分布如圖3所示。通過人工焊接或者機器人焊接，焊接通道空間有限，焊槍與夾具干涉，此生產線生產節拍為50 JPH（64.8 s/臺）單一車型生產。

3 技術解決方案及詳細結構分析

3.1 內置式合拼尾門框簡單焊接裝置解決方案

針對零件定位精度要求高、定位密集的區域，考慮把定位焊接與夾緊功能集合在一起，滿足尺寸定位精度與焊接要求。通過對現有夾具的研究，將定位夾具、焊接夾具都集成到主夾具上，定位完成后，利用夾具自帶的焊接機構焊接尾門框定位焊點，詳細夾具結構如圖4所示，通過集成焊接定位功能的一體化裝置就可以完成定位焊接。

此裝置工作原理由引出焊點焊銅板、定位夾具A/B/C、焊鉗、導電電纜、滑移裝置組成，通過固定的定位夾具A夾住車身零件（尾門框）進行零件粗定位，滑移裝置帶動定位夾具B＼C及焊鉗往下運動直至滑移到位，定位夾具B＼C夾緊對車身零件進行精確定位，然后焊鉗夾緊零件，人工使用電阻點焊焊鉗對銅板進行導電，通過導電電纜的傳導，在焊鉗處形成回路進行焊接，完成焊接過程后將夾具、焊鉗打開，回縮完成零件整個焊接定位過程。引出焊點焊銅板與滑移機構固定在夾具框架上。

3.2 外置式合拼側框簡單焊接裝置解決方案

圖5為總拼工位外置式合拼側框，操作人員主要站在頂部裝件和焊接，中下部的定位焊點人工焊接工程都比較困難，通過簡單焊接裝置應用，中下部的焊點自動焊接，人工只負責上部的焊接及裝件。前后側門門框、尾門框的焊點通過固定焊鉗焊接，每把焊鉗實現1～2點焊接，側圍裙邊焊點通過私服機構帶動焊鉗繼續焊接，一把焊鉗可以實現10～15點焊點的焊接（如圖6所示）。

通過簡單焊接裝置在外置式合拼側框上的應用（如圖7所示），滿足定位的情況下，該技術融合夾具機構設計、焊機、焊鉗、自動化控制等系統，綜合考慮人機工程及設備成本，替代了中下部人工操作及使用機器人方案。

該裝置在公司多條焊裝線上內置式夾具中使用，解決了此處焊接可達性問題，提高焊點質量，保證車身尺寸的穩定性。利用該裝置既可以實現替換人工焊接，解決人機工程問題，提升焊接自動化，減少人工操作，又不需要增加機器人等高成本設備，工程性價比高。

4 簡單夾焊一體化裝置的集成方法

（1）根據技術方案和詳細的結構分析方案，在公司的tcAE系統里面將產品數據、原有的機器人數據、安全護欄設施等全部裝配成一個虛擬裝配。

（2）根據工藝焊點布局及焊鉗選型，將焊鉗數據裝配到焊接位置并根據焊接情況放置合適的角度，保證焊接盡量垂直，并盡可能減少安裝的角度，降低加工難度和提高設備精度。

（3）根據主夾具框架、焊鉗位置等輸入，設計定位夾具A/B/C，里面設計滑移切換結構、夾緊機構等小機構。

（4）根據焊鉗、定位夾具、滑移機構等，設計一體式裝置里面的焊鉗導電部分，包括導電銅排、導電電纜等。

（5）設計完成后檢驗機構本身運動有沒有受到干涉的影響，檢查完影響后放到主線系統進行仿真，檢查完后整改問題和鎖定數據。

（6）尾部結構設計完成后，進行數據標準化處理，焊接裝置、夾緊裝置、集成數模都設計成獨立單元，按絕對坐標放置，其他項目只需根據焊接位置及定位需求，整體裝配再調整定位點變化就可以實現平臺化應用。

5 結論

（1）該狹小空間夾焊一體化裝置模塊化后，在各主流軟件簡單集成，可以解決所有其他車型緊湊位置定位焊接問題;模塊化后應用簡單，只需要簡單更改連接件就可以實現在不同車型的應用。夾焊一體化裝置機械結構簡單，加工容易，制造成本低，價值高，應用前景廣闊。

（2）該定位焊接裝置通過引出焊方式，巧妙地減少變壓器和焊接控制器的布置，減輕機械機構的重量;優化了電纜布置，用軟電纜實現運動機構間的連接;減輕主夾具的重量，提高機構的穩定性，滿足主夾具的重量約束要求。引出焊點位置布局在定位后橫梁附近，利用現有機器人就可以焊接，充分利用設備，節省人員投入和設備投入。

（3）通過軟件設計模擬，充分分析定位需求、焊接要求，通過機構實現定位和焊接功能的融合。研究開發的一體夾焊結構，用小巧結構高度集成化多功能，滿足各區域的要求;通過有效的工裝設計，解決定位點焊接問題，通過設計實現低成本高價值的目標，充分發揮自身設計技術優勢。同時，也為高精尖夾具的快速設計奠定堅實的基礎，攻破狹小復雜空間夾具定位焊接設計的技術難關。

參 考 文 獻

[1]王光斗，王春福.機床夾具設計手冊[M].第3版.上海：上海科學技術出版社，2002.

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