前車體工裝切換形式分析

楊林　程芝群　盧群英

摘 要：根據前車體焊裝生產線工裝的切換的方式，將前車體生產線分為固定式生產線、推拉切換式生產線以及滑臺切換式生產線，分別介紹了這幾種生產線的工裝結構，以及各自的運用場景和優缺點。

關鍵詞：前車體焊裝線 切換 固定式 推拉式 滑臺切換式

1 前言

汽車工業作為一個集技術、資金以及勞動密度規模為一體的行業，在國民經濟中起著支柱產業作用。同時，隨著人民的消費水平不斷的提升，促使汽車更新迭代節奏加快。車身焊裝線作為白車身零件定位和焊接的設備，對車身鈑金焊接質量和精度起著關鍵的作用。為了滿足車型不斷更新的需求，以及受場地大小、人工成本上升等因素影響，車身焊裝線也在不斷的改變，工裝定位由單一車型向高柔性多車型轉變，焊接由人工焊接向機器人焊接轉變。其中前車體作為白車身的重要組成部分，生產線也在不斷的升級，本文講解前車體常見的幾種工裝線。

2 前車體工藝布局以及工藝

一條白車身焊裝線一般由前車體分總成線、側圍分總成線、頂蓋分總成線、后部下車體分總成線以及焊接主線構成。在場地布局上以焊接主線為主，其他分總成線圍繞著主線布局的方式。其中前車體分總成線布局在主線前端的一側，焊接好的前車體分總成通過空中小車輸送到主線進行裝配焊接，如圖1所示。

前車體分總成零件一般由前大梁焊接總成、前輪罩焊接總成、下彎梁總成、前隔板焊接總成、前輪罩外板總成、上彎梁支架焊合件等零件組成。通常分為6個拼臺進行上件定位焊接以及補焊，如圖2所示，常見1#、3#、5#拼臺為上件臺，2#、4#、6#為補焊臺。

3 前車體工裝分類

根據工裝拼臺切換方式可分為固定式生產線、推拉切換式生產線以及滑臺切換式生產線。每種生產線形式都有各自的優缺點和應用場景，在前期項目規劃中，需要根據車型生產節拍、生產場地大小、自動化率以及投入資金等來決定采用哪種形式。

3.1 固定式生產線

固定式生產線即工裝設備是固定不動的，配套相應的焊接設備，專門生產一種或者兩種車型。如圖3所示為固定式的單個前車體拼臺數模，這種工裝一般由拼臺支撐腳、地腳螺栓、拼臺底板、定位和裝件工裝、舉升機構組成。生產線采用人工上件，人工焊接（也可采用機器人焊接），拼臺間的零件采用吊具轉移。由于這種生產線采用固定拼臺和配套的焊接設備，只能生產一、兩車型，柔性差，適合單品種大批量的生產。前期投資、占地較少，如果要導入新車型則需要新開發相關設備。

3.2 推拉式生產線

推拉式生產線即共用焊接設備，而工裝通過整體推拉切換實現車型柔性。如下圖4為推拉式工裝拼臺，同固定拼臺結構類似，只是為了便于拼臺推拉切換，用4個腳輪取代了支撐腳。拼臺前后有定位插銷，用于拼臺定位。由于拼臺需要人工推拉切換，所以拼臺需要考慮輕量化設計，如采用鋁制支基，拼臺底板挖空處理等。

推拉前車體生產線采用推拉切換工裝拼臺、共用焊接等設備實現多車型生產，通過這種方式減少焊鉗等設備的投資，降低項目成本。但是由于車型焊點差異，某些工位需要增加車型專用焊接設備，導致現場有的工位焊接設備多，不方便人員操作。

3.3 滑臺切換式生產線

針對上件臺裝件定位的夾具較多，車型差異大難以共用，設計了上件臺1#、5#采用整體工裝滑臺切換、補焊臺采用工裝翻轉切換方式的自動化柔性生產線。如圖5所示為滑臺工裝結構示意圖，滑臺工裝由定位工裝臺、滑臺、滑臺底座構成。定位工裝臺通過插銷、快速夾固定在滑臺上，通過伺服電機驅動隨著滑臺運動。在上件工位人工上件，然后滑移到焊接工作位機器人焊接。焊接完成后通過機器人抓手抓取到下一個工位進行下一步操作。同時，為了滿足生產節拍需求，采用雙滑臺形式，即一個上件工位并排布置兩個滑臺工裝機構和兩套焊接機器人，共用一個搬運機器人。當要車型切換時，只需將舊工裝用小車切換下去，然后換上新工裝。

補焊臺采用固定拼臺的形式，為了滿足多車型的定位需求，定位工裝采用風車切換形式或者NC定位形式。如圖6所示的風車定位機構，通過旋轉風車的4個安裝面，可以滿足4種車型的定位需求。如圖7所示的NC機構可以在一定范圍內三軸移動，以滿足不同車型定位需求（要求定位孔大小一致）。相對于風車機構，NC機構能夠滿足更多車型定位，每次導入新車型只需要根據新車型坐標進行編程即可。但是NC機構體積較大且價格貴，因此需要根據具體情況決定選用何種形式的補焊臺。

3.4 十字滑臺切換式生產線

上述的滑臺切換形式雖然能夠通過切換實現多種車型的柔性生產，但是由于切換是靠人工完成的，切換時間較長，因此存在生產時間的浪費。為了解決工裝自動切換的問題，設計了如圖8所示的十字滑臺切換工裝機構，十字滑臺工裝主要組成部分為夾具上件位、夾具焊接位、夾具存放區、夾具移動軌道、夾具驅動電機單元以及十字旋轉單元等。工作時在上件位人工上件，通過電機摩擦輪帶動夾具移動到焊接位進行焊接。夾具存放區存放著其他車型的夾具，當需要切換車型時，只需將其他車型工裝移動到工作位。通過十字滑臺切換機構能夠實現不同車型工裝自動快速切換，實現混流生產，最大的滿足車型柔性化生產，如果導入車型超出儲存區數量，則需要將不常用的工裝切換下來存放，等需要的時候在推上滑臺。十字換臺切換生產線由于需要在線旁建立夾具存儲區域，因此生產線占地面積大、結構復雜且前期投資費用高。

4 總結

通過表1可以看出，每種生產線方式都有各自的優缺點，具體選用何種形式的生產線方式，需要根據項目的投資費用、生產節拍、預計產量、焊接質量要求以及現場場地等因素綜合考慮。但是，隨著車型更新速度加快以及人工成本和場地成本增加，工業機器人的廣泛使用，多柔性、高自動化率的生產線是未來發展的趨勢。