轎車白車身焊接生產(chǎn)線設計及虛擬設計技術應用研究

劉天宇

摘 要：本文重點描述了轎車白車身焊接生產(chǎn)線設計環(huán)節(jié)，并就虛擬設計技術在其中的應用內(nèi)容進行了簡要描述。

關鍵詞：轎車白車身;焊接生產(chǎn)線;虛擬設計技術

當前我國的多數(shù)轎車白車身均以焊接生產(chǎn)流水線的方式進行生產(chǎn)，為滿足日益增長的汽車需求，應就焊接生產(chǎn)效率提升以及生產(chǎn)成本降低等要求，結(jié)合實際生產(chǎn)情況進行深入分析，進一步提高焊接生產(chǎn)線的先進程度以保證其制造質(zhì)量與生產(chǎn)效率。我國目前與國外柔性、多車型制造的高自動化汽車制造企業(yè)仍有不小的差距，因此更應對焊接生產(chǎn)線進行重新優(yōu)化與設計，并在其中應用合適的虛擬設計技術以快速提升自身的研發(fā)與制造能力。

1 幾種主要的生產(chǎn)線設備設計

1.1 焊接設備設計

焊接生產(chǎn)線中焊接設備是基本的構(gòu)成部分，可以將其歸納為兩個大類：焊機與焊槍。以車身焊接為例，通常采用電阻焊的方式將各個零部件進行焊接，這種焊接方式的應用主要是以電流作為焊接工具，利用不同工件之間存在的電阻使其發(fā)熱融化從而將其連接起來[1]。按照不同的應用手法可以將其分為凸焊、縫焊與點焊，一般車身焊接的過程中應用點焊的方式較多，每生產(chǎn)一臺轎車大約要經(jīng)過5000次以上的焊接操作。

轎車白車身焊接生產(chǎn)線以移動式焊機為主，包含滾輪、數(shù)據(jù)線纜、導軌以及焊鉗等，通過在平面上的自由垂直運動能夠?qū)Σ煌恢眠M行焊接。而控制焊接的電氣柜中又涵蓋了水路控制閥、氣路控制閥以及變壓器等，以方便操作人員根據(jù)部件的不同特性與焊接要求隨時調(diào)整焊接使用的電流與時間。其應結(jié)合具體的夾具與焊接件情況制定設計方案，防止夾具與焊件之間發(fā)生干涉現(xiàn)象。常用的焊鉗臂運動方式包含X型與C型兩個種類，兩個種類分別應用于不同的焊接部位（水平與豎直）。

1.2 輸送裝置設計

輸送裝置的作用是將各個獨立的工件運送到合適的位置以進行后續(xù)焊接，主要包括循環(huán)式與往復式輸送裝置。對于輸送裝置來說，其中關鍵零件的應用強度決定了生產(chǎn)線的生產(chǎn)質(zhì)量，因此必須在實際使用前對其進行校核，包括強度校核與使用壽命校核等。另外由于在生產(chǎn)線中存在著具有質(zhì)量大、運行速度快特性的設備類型，使得其沖擊慣性較大，為保證正常使用應安裝緩沖裝置，以免影響設備使用壽命、增加安全事故的發(fā)生風險。

1.3 焊接夾具設計

設計焊接夾具的目的是保證不同工件之間的位置關系與焊接質(zhì)量，使其即使在焊接過程中也能保證其不脫離預定的幾何位置[2]。這種夾具的結(jié)構(gòu)與一般的零件夾具并無太大差別，包含夾緊、定位、傳動等功能，能夠?qū)⒘慵凑請D紙與工藝需求將其固定在對應位置，使得焊縫與焊點符合生產(chǎn)要求。

依據(jù)焊接夾具的不同運動方式可以將其分為氣動、手動以及電動等，又可以將其分為點固、分總成等，按照不同的工件需求使用固定或移動兩種形式的夾具類型。隨著時代的發(fā)展與進步，焊接夾具的選擇類型也在逐漸增多，以模塊化思路為基礎產(chǎn)生了一種基于氣缸連桿機構(gòu)的夾緊工具，在對其進行設計并應用于實際生產(chǎn)線中僅僅需要知曉角度與具體的零件安裝尺寸即可，但必須遵循沖壓件與夾具之間不發(fā)生干涉現(xiàn)象的基本原則。結(jié)合需要的工件夾緊具體要求后就可以構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)模型，按照強度與壽命等需求挑選合適材料，最終形成符合現(xiàn)場生產(chǎn)條件的焊接夾具。

1.4 焊接機器人設計

針對于柔性車身焊接生產(chǎn)線，作為其中的核心部分，焊接機器人一直以來都是保證生產(chǎn)線焊接質(zhì)量的關鍵因素。即使有車型的更改需要，僅僅需要依據(jù)具體型號與尺寸改變運動程序即可，在提高工作效率的同時也大大減輕了員工的工作量，并充分保證了人員操作安全。其包括控制系統(tǒng)、焊槍、輔助焊接設備以及焊接控制器等。

2 虛擬設計技術的具體應用

2.1 虛擬環(huán)境構(gòu)建

作為虛擬環(huán)境與設計的構(gòu)建基礎，三維CAD系統(tǒng)是設計的主要工具。由于白車身的曲面結(jié)構(gòu)較多，僅僅應用二維設計不僅難度大，且需要繁復環(huán)節(jié)才能將各個部件的具體結(jié)構(gòu)表述清楚，浪費了大量的設計時間，因此三維CAD系統(tǒng)在虛擬設計技術的應用環(huán)節(jié)具有十分關鍵的作用。

當前已經(jīng)成熟的虛擬仿真系統(tǒng)主要分為企業(yè)專用、大學研究以及商品化通用三種類型，已經(jīng)商用化的系統(tǒng)通常較為昂貴，在確定應用該種技術前應對市場環(huán)境以及企業(yè)自身生產(chǎn)線進行深入分析，以提高系統(tǒng)的應用效果[3]。成熟的系統(tǒng)應包含人機工程分析、運動仿真等功能，最主要的是能夠?qū)⒄麄€生產(chǎn)過程模擬出來以便于后期對生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行完善與優(yōu)化。

2.2 虛擬仿真設計

ROBCAD是一種常見的虛擬仿真工具，由于其涵蓋了諸多與焊接生產(chǎn)線相關的知識，因此將其應用至白車身焊接生產(chǎn)線中極為適合[4]。再加上其與CAD軟件之間非常方便的數(shù)據(jù)傳輸接口，即使有后期的數(shù)據(jù)修改也能將修改結(jié)果直接輸入至仿真系統(tǒng)中，節(jié)約了大量的時間。在進行仿真設計時由于三維CAD文件中包含的冗余數(shù)據(jù)較多，為了避免影響仿真過程可以將其轉(zhuǎn)為面片數(shù)據(jù)格式，以最大程度的提高仿真過程的實時性。

3 結(jié)語

綜上所述，我國作為汽車產(chǎn)銷大國，對生產(chǎn)線進行持續(xù)性的優(yōu)化與設計是必然過程，同時也是提高生產(chǎn)效率、加強創(chuàng)新的重要前提。因此，應從電氣、控制等方面對白車身焊接生產(chǎn)線進行優(yōu)化設計，并結(jié)合企業(yè)實際情況選擇添加“工位級”的機器人，設計更高標準的柔性與多車型混流焊接生產(chǎn)線，以滿足更高的白車身焊接需求，這也是未來生產(chǎn)線發(fā)展的主要方向。

參考文獻：

[1]許俊芳.基于ROBCAD的焊裝線的設計、規(guī)劃及仿真[D].廣東工業(yè)大學，2017.

[2]董鴻儒，王黎青，顧冬等.汽車內(nèi)飾門板的焊接仿真系統(tǒng)設計[J].工業(yè)控制計算機，2019，32（03）：8-9，12.

[3]李怡林.基于RobotStudio的雙機協(xié)同工作站仿真設計[J].河南科技，2019（25）：14-18.

[4]李鵬.多工業(yè)機器人圓環(huán)鏈生產(chǎn)線開發(fā)及軌跡規(guī)劃與仿真研究[D].西安理工大學，2017.