焊裝生產(chǎn)線及夾具的工藝設(shè)計(jì)

圖1  全順B線本體夾具（平移式）

汽車(chē)制造四大工藝中，焊裝尤其重要。在焊裝的前期工藝規(guī)劃中，車(chē)身焊接夾具以及生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。工裝夾具設(shè)計(jì)是一門(mén)專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)的綜合性技術(shù)，設(shè)計(jì)工裝夾具時(shí)，不僅要考慮生產(chǎn)綱領(lǐng)，還必須熟悉產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，了解鈑金件變形特點(diǎn)，掌握沖壓、涂裝以及總裝工藝的諸多要求內(nèi)容，通曉零部件裝配精度及公差分配。只有做到這些，才能對(duì)焊接夾具進(jìn)行全方位設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足生產(chǎn)制造的要求。本文結(jié)合現(xiàn)有江鈴汽車(chē)股份有限公司全順汽車(chē)廠（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“全順廠”）車(chē)身焊裝夾具設(shè)計(jì)以及未來(lái)的規(guī)劃，就焊裝線結(jié)構(gòu)和夾具的選擇進(jìn)行了闡述，以求在未來(lái)全順C線上設(shè)計(jì)出高生產(chǎn)效率且滿(mǎn)足市場(chǎng)需求變化的焊接生產(chǎn)線。

焊裝生產(chǎn)線及夾具的結(jié)構(gòu)

目前國(guó)內(nèi)使用的汽車(chē)焊裝線主要是由輸送部分、工裝夾具、焊接設(shè)備及其他輔助設(shè)備等部分組成，主要結(jié)構(gòu)形式有：步進(jìn)式焊裝輸送、夾具移動(dòng)輸送、往復(fù)輸送（Shuttle Bus）、滑橇輸送和自行或手動(dòng)吊具輸送等。

1.步進(jìn)式焊裝線

該焊裝線的基本原理：工件的水平輸送是通過(guò)調(diào)頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪、齒條做往復(fù)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)的，頂升、落下裝置采用電機(jī)帶動(dòng)曲柄旋轉(zhuǎn)180°，從而實(shí)現(xiàn)輸送線本體頂升、落下。這種形式的焊裝線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、穩(wěn)定性好、輔助時(shí)間較短且重復(fù)定位精度較高，基本滿(mǎn)足點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人的使用條件，適用于生產(chǎn)能力為5～10萬(wàn)輛/年的生產(chǎn)線。目前，國(guó)內(nèi)很多汽車(chē)廠采用了該形式的焊裝線，如全順V348的側(cè)圍即采用了這種形式。

圖2  全順A線本體夾具前部定位（鉸鏈?zhǔn)剑?/SPAN>

2.夾具移動(dòng)輸送

該生產(chǎn)線在韓系汽車(chē)廠被大量采用，基本原理為：定位夾具與輸送為一體，定位夾具在生產(chǎn)線上運(yùn)動(dòng)，從第一站到最后一站，然后從循環(huán)的回路返回到第一站，車(chē)型的切換就是在第一站根據(jù)生產(chǎn)排成選擇所需的定位夾具，輸送到第一站等待物料。該線柔性強(qiáng)、傳輸快且定位精，滿(mǎn)足點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人的使用條件，但是投資巨大，北京現(xiàn)代轎車(chē)二廠采用了這種形式。

3.滑橇輸送焊裝線

該焊裝線通過(guò)采用往復(fù)桿或輥床輸送滑橇來(lái)實(shí)現(xiàn)工件水平輸送，可分為兩種形式：往復(fù)桿輸送滑橇式和輥床輸送滑橇式。工件上、下運(yùn)動(dòng)一般由固定工位的氣動(dòng)或液壓頂升裝置實(shí)現(xiàn)。滑橇上裝有定位裝置，重復(fù)定位精度較高，一般為±0.3mm，基本滿(mǎn)足點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人的使用條件。目前，此類(lèi)輸送線在國(guó)內(nèi)的轎車(chē)廠應(yīng)用較多。

4.往復(fù)輸送機(jī)

該線水平輸送工件是通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)往復(fù)輸送機(jī)在鋼軌上運(yùn)行，工件頂升、落下采用氣缸頂升裝置實(shí)現(xiàn)，使用該種輸送方式的生產(chǎn)線也不少，如全順V348焊接主線和南京福特的馬自達(dá)主線等。

5.自行或手動(dòng)吊具輸送

該線水平輸送工件是通過(guò)折疊吊具在兩工位間來(lái)回吊運(yùn)工件，要求工位間有吊具的空間，主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，夾具定位設(shè)計(jì)不會(huì)受傳輸運(yùn)動(dòng)裝置影響，投資較少；但是輸送線節(jié)奏慢，空中運(yùn)輸有安全隱患。采用這種方式的輸送線不多，全順VE83以及土耳其的全順工廠骨架線采用的是此種方式。

焊裝線的對(duì)比

對(duì)于焊裝線結(jié)構(gòu)形式的選擇，最需要考慮的是生產(chǎn)綱領(lǐng)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝特點(diǎn)、投資規(guī)模和夾具設(shè)計(jì)制造技術(shù)水平以及廠房等情況，在細(xì)部結(jié)構(gòu)上要結(jié)合產(chǎn)品的壽命周期、市場(chǎng)定位和質(zhì)量要求，并對(duì)相關(guān)因素進(jìn)行綜合比較來(lái)進(jìn)行選擇。全順廠焊裝車(chē)間有全順A線、全順B線，未來(lái)要規(guī)劃全順C線，我們將這三條線做個(gè)比較（如表）。

全順廠各焊裝生產(chǎn)線對(duì)比

從全順A、B和C線對(duì)比來(lái)看：A線投資少，但是吊具輸送速度慢且有安全隱患，適合小批量的生產(chǎn)線；B線適合5～10萬(wàn)臺(tái)的生產(chǎn)線，但是生產(chǎn)線過(guò)長(zhǎng)會(huì)影響到重復(fù)定位，導(dǎo)致定位變形松動(dòng)，影響整車(chē)質(zhì)量；C線相對(duì)更適合柔性布局，質(zhì)量也最好，但是需要考慮滑撬等設(shè)備的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)。

本體焊接夾具的對(duì)比

對(duì)于白車(chē)身而言，本體線的裝焊工藝主要由預(yù)裝配、點(diǎn)固焊和補(bǔ)焊三部分組成，其中點(diǎn)固焊工序最為關(guān)鍵，基本都在本體夾具內(nèi)完成。焊裝生產(chǎn)線中的本體夾具決定了白車(chē)身的質(zhì)量、生產(chǎn)線的柔性度及生產(chǎn)節(jié)拍，非常重要。

目前，國(guó)內(nèi)所采用的本體夾具主要有三種形式，在全順工廠都有應(yīng)用。

1.平移式夾具

圖1為平移式夾具，其動(dòng)作順序?yàn)椋狠斔途€將預(yù)裝白車(chē)身送入總焊工位定位夾緊點(diǎn)定→輸送線抬起→將點(diǎn)定成形的車(chē)身水平送入后續(xù)的工序補(bǔ)焊。此類(lèi)夾具定位精度和可靠性高，可適用于不同長(zhǎng)度、寬度以及高中低頂?shù)陌总?chē)身大批量混流生產(chǎn)，柔性度高。

圖3  全順A線本體夾具后部定位（立柱式）

2.鉸鏈翻轉(zhuǎn)式夾具

圖2所示的鉸鏈翻轉(zhuǎn)式夾具和平移式夾具的工作原理類(lèi)似，區(qū)別是左右側(cè)圍總成的定位組件的打開(kāi)方式不同：平移式夾具沿垂直于線體輸送方向水平移動(dòng)，而鉸鏈翻轉(zhuǎn)式夾具則是繞鉸鏈軸旋轉(zhuǎn)打開(kāi)，這樣便于線體輸送、裝配及定位夾緊。

3.立柱式夾具

圖3所示的立柱式夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、維修方便而且操作時(shí)接近性好，但其定位精度較低，不適用于自動(dòng)化程度較高的大批量生產(chǎn)和采用焊接機(jī)器人的生產(chǎn)線。

為了適應(yīng)側(cè)圍的機(jī)械自動(dòng)化輸送，全順C線將考慮平移式夾具能在水平狀態(tài)和垂直狀態(tài)旋轉(zhuǎn)，在水平狀態(tài)上承接側(cè)圍，然后轉(zhuǎn)90°到垂直狀態(tài)，再平移到焊接工作位置進(jìn)行焊接。

汽車(chē)車(chē)身的結(jié)構(gòu)及本體夾具的特點(diǎn)

全順白車(chē)身結(jié)構(gòu)類(lèi)似于轎車(chē)，一般由外覆蓋件、內(nèi)覆蓋件和承載的骨架組成，像側(cè)圍外板、側(cè)圍內(nèi)板、門(mén)蓋內(nèi)外板和頂蓋這樣的內(nèi)、外覆蓋件的鋼板厚度一般為0.8～1.2mm，骨架件的鋼板厚度多為1.2～2.5mm。在本體夾具前預(yù)裝時(shí)，焊好的側(cè)圍總成、骨架總成都具有較大的剛性，而且相對(duì)的搭接面很復(fù)雜，在本體夾具側(cè)圍定位模塊定位側(cè)圍過(guò)程中，常常會(huì)因?yàn)閭?cè)圍總成與骨架總成貼合面干涉，側(cè)圍定位模塊無(wú)法運(yùn)動(dòng)到位，因而在偏差狀態(tài)下焊接造成整車(chē)尺寸的偏差。

圖4  本體夾具的全順車(chē)身結(jié)構(gòu)

本體夾具作為焊裝最重要的工位，其最關(guān)鍵的控制點(diǎn)在于門(mén)洞尺寸的控制和前風(fēng)窗洞尺寸以及頂蓋安裝的控制。在本體夾具工位完成后，全順車(chē)身（如圖4）形成了一個(gè)剛性很好的車(chē)身殼體，由地板、側(cè)圍以及橫梁三大部分組成，形成了后門(mén)洞、前門(mén)洞、側(cè)門(mén)洞、前風(fēng)窗洞以及頂蓋安裝空間。門(mén)洞的裝配尺寸是整車(chē)外觀間隙面差的基礎(chǔ)，保證這些門(mén)洞、窗洞以及頂蓋空間的裝配尺寸的關(guān)鍵在于：

1.定位基準(zhǔn)的一致，這種一致甚至要求到?jīng)_壓件和檢具上，一方面基準(zhǔn)傳遞會(huì)減少累計(jì)的誤差，另外也很容易從零件檢具上找到零件問(wèn)題與整車(chē)裝配問(wèn)題的一致性，便于分析判斷解決問(wèn)題；

2.保證前道工序件在合理的公差范圍內(nèi)；

3.正確地預(yù)裝配，保證在定位過(guò)程中，側(cè)圍這樣大的零件可以在側(cè)圍定位模塊運(yùn)動(dòng)力的作用下，到達(dá)正確的位置，而不出現(xiàn)定位接觸面或孔變形的情況；

4.夾具具有足夠的剛性，克服零件局部干涉；

5.夾具自身的精度；

6.夾具定位裝置的維護(hù)。

合格的車(chē)身要求能滿(mǎn)足后續(xù)的裝配精度要求：一方面指的是外觀精度，即門(mén)蓋裝配后的間隙面差；另一方面較為隱蔽，指的是骨架精度，其主要是保證發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配以及前后懸架的裝配，骨架件相對(duì)較厚，存在回彈問(wèn)題，所以對(duì)于縱梁和橫梁的定位，需要避免以其翻邊定位，而應(yīng)定位在底面上。 另外，骨架總成在本體夾具的前道工序完成，要達(dá)到精度要求，需要對(duì)零件有足夠的定位，甚至過(guò)定位和防錯(cuò)，以保證偏差的骨架無(wú)法在PLC控制下到達(dá)本體夾具工位。最后，工序件的公差不是固化的，可以通過(guò)調(diào)整工序件之間的匹配狀態(tài)及公差分配來(lái)滿(mǎn)足整體的裝配要求。

目前夾具的定位塊和壓緊塊都是標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)，而且定位可在三維方向調(diào)整，操作方便，但同時(shí)也由于這些連接方式是螺栓加上圓柱銷(xiāo)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由于定位松動(dòng)導(dǎo)致車(chē)身尺寸波動(dòng)的情況。

柔性?shī)A具生產(chǎn)線的應(yīng)用

目前，全順本體焊接線A、B線都具備柔性生產(chǎn)的能力，但是只能進(jìn)行同系列車(chē)型不同軸距的高中低頂蓋的車(chē)身焊接的切換，在基礎(chǔ)車(chē)型上實(shí)現(xiàn)寬長(zhǎng)短、高低變換的各車(chē)型共線生產(chǎn)，而且A線采用人工切換，B線是程序控制自動(dòng)切換，在未來(lái)的C線上，將可以實(shí)現(xiàn)兩種完全不同車(chē)型的生產(chǎn)切換，使焊裝線更具柔性化生產(chǎn)能力，提高工廠生產(chǎn)效率和應(yīng)變市場(chǎng)的能力，這將通過(guò)以下兩項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)：

1.骨架零部件的定位

使用NC-locator 技術(shù)，在每個(gè)工位安裝8套定位系統(tǒng)，每套系統(tǒng)能在夾具平板上做三維的運(yùn)動(dòng)，其定位銷(xiāo)或面，可以根據(jù)每種車(chē)型的定位要求，設(shè)定好位置和狀態(tài)，通過(guò)生產(chǎn)線的PLC系統(tǒng)進(jìn)行車(chē)型識(shí)別和調(diào)用。

2.車(chē)身側(cè)圍定位模塊的切換

本體夾具采用平移式結(jié)構(gòu)，每種車(chē)型配有一套側(cè)圍定位機(jī)構(gòu)，分別存儲(chǔ)在生產(chǎn)線的兩側(cè)，需要時(shí)前后移動(dòng)到中間工作通道（如圖5中間部分），換下的夾具從中間通道移到前后存儲(chǔ)的位置，圖5中可以存儲(chǔ)4套定位側(cè)圍夾具，也能用新的夾具替換原來(lái)的夾具，增加了跟隨市場(chǎng)變化的能力。

圖5   車(chē)身側(cè)圍定位模塊切換系統(tǒng)

總而言之，汽車(chē)焊接生產(chǎn)線是汽車(chē)制造中的關(guān)鍵，焊接生產(chǎn)線中的各種工裝夾具又是焊裝線的重中之重，焊接夾具的設(shè)計(jì)則是前提和基礎(chǔ)。我們?cè)诤附訆A具的設(shè)計(jì)中，要掌握夾具的基本工作原理和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，不斷地學(xué)習(xí)和探索先進(jìn)的設(shè)計(jì)思路和方法，提高汽車(chē)制造技術(shù)和工藝裝備水平。雖然目前全順廠的焊接線不算先進(jìn)豪華，但是能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益就是最大的成功，我們將積累和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，在未來(lái)的全順C線上設(shè)計(jì)出高生產(chǎn)效率且滿(mǎn)足市場(chǎng)需求變化的適合江鈴企業(yè)文化的焊接生產(chǎn)線。

（轉(zhuǎn)載）