N1車裝焊線的設(shè)計(jì)吸取了國(guó)外先進(jìn)的裝焊線技術(shù)，采用了先進(jìn)的升降系統(tǒng)和水平輸送機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作為成線主體，采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制，利用自動(dòng)上、下線裝置來(lái)完成主要部件總成的自動(dòng)輸送，進(jìn)行裝配定位和焊接，使該線成為國(guó)內(nèi)具有較先進(jìn)水平的焊裝線。N1車是上汽通用五菱汽車股份有限公司自行設(shè)計(jì)開發(fā)、符合國(guó)家安全、環(huán)保法規(guī)的新產(chǎn)品，為使新產(chǎn)品能盡快地上規(guī)模，公司決定，利用現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)行設(shè)備改造，自行設(shè)計(jì)制造一條具有國(guó)內(nèi)較先進(jìn)水平的裝焊生產(chǎn)線，用于N1車裝焊生產(chǎn)。汽車側(cè)圍總成是汽車車身制造的關(guān)鍵部位，它的制造質(zhì)量直接影響到汽車的外觀和性能。下面就側(cè)圍總成裝焊拼臺(tái)的設(shè)計(jì)制造進(jìn)行詳細(xì)介紹。
1裝焊拼臺(tái)的概況
側(cè)圍總成焊合拼臺(tái)年生產(chǎn)綱領(lǐng)6 萬(wàn)輛，用于焊接側(cè)圍外板總成、A 柱上內(nèi)板、前側(cè)上邊梁內(nèi)板、B 柱內(nèi)板合件、后側(cè)圍上內(nèi)板總成、后輪罩外板、緩沖凹?jí)K等7 個(gè)零部件，確保焊接后形成的側(cè)圍總成符合產(chǎn)品的尺寸精度要求，使側(cè)圍總成具有良好的互換性和美觀性，從而保證整車的外形質(zhì)量。
側(cè)圍總成焊合拼臺(tái)如圖1 所示，該拼臺(tái)長(zhǎng)3128m ，寬1161m ，高1137m。夾具共采用31 個(gè)定位夾緊點(diǎn)。側(cè)圍總成焊合拼臺(tái)的焊接夾具、輸送機(jī)構(gòu)、升降系統(tǒng)之間動(dòng)作順序如下： 輸送機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)皮帶將側(cè)圍外板總成運(yùn)至本拼臺(tái)的上方→升降系統(tǒng)氣缸收縮，系統(tǒng)下降→側(cè)圍外板總成進(jìn)入夾具中自動(dòng)定位→將A 柱上內(nèi)板、前側(cè)上邊梁內(nèi)板、B 柱內(nèi)板合件、后側(cè)圍上內(nèi)板總成、后輪罩外板、緩沖凹?jí)K等零部件依次裝入相應(yīng)的位置，并用手動(dòng)夾緊器將工件夾緊→準(zhǔn)確定位、夾緊后發(fā)出信號(hào)→氣動(dòng)夾具分別自動(dòng)夾緊→焊接→焊接結(jié)束，給夾具發(fā)出信號(hào)→氣動(dòng)夾具分別自動(dòng)松開，回到原位待料處→將手動(dòng)夾緊器打開回到原位待料處→升降系統(tǒng)上升，工件被托起→傳動(dòng)皮帶將工件運(yùn)至補(bǔ)焊拼臺(tái)，完成一次工作循環(huán)。上述動(dòng)作均是按預(yù)先編制的程序由可編程序控制器(PLC) 控制完成，構(gòu)成工序自動(dòng)循環(huán)。裝焊拼臺(tái)的定位夾緊、輸送機(jī)構(gòu)、升降系統(tǒng)、焊接裝置之間動(dòng)作的匹配和互鎖靠電氣、液壓、氣動(dòng)控制。
由此不難看出，該裝焊拼臺(tái)集機(jī)、電、液為一體，成功實(shí)現(xiàn)了工件的自動(dòng)上件、自動(dòng)定位夾緊、自動(dòng)控制循環(huán)，操作方便。
2 焊接夾具設(shè)計(jì)
焊接夾具設(shè)計(jì)難度大，不但必須實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位、精確組裝等功能，而且還要考慮給輸送機(jī)構(gòu)及升降系統(tǒng)留有足夠的安裝空間和運(yùn)動(dòng)空間，彼此不能干涉，以實(shí)現(xiàn)夾具功能。
2.1 夾具設(shè)計(jì)方案
在設(shè)計(jì)方案中，首先確定夾具的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。根據(jù)基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，夾具的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和車身的裝配基準(zhǔn)應(yīng)盡量與車身的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)保持一致，這對(duì)減少積累誤差，保證裝焊質(zhì)量非常重要，因此，側(cè)圍總成夾具的設(shè)計(jì)、制造、安裝以及測(cè)量基準(zhǔn)與車身的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)保持一致。其次，根據(jù)作業(yè)高度，我們確定夾具底板高度為1115BL。最后，根據(jù)零部件的空間形狀、組合關(guān)系、裝焊順序以及焊點(diǎn)布置，確定夾具安放位置和大致結(jié)構(gòu)，如圖2 所示。各定位夾緊單元的夾緊機(jī)構(gòu)不同，其中B11、B14 采用手動(dòng)夾緊方式夾緊，B02、B05、B06、B08、B09、B26、B27、B28、B30 采用手動(dòng)夾緊和氣動(dòng)夾緊兩種方式夾緊，其余采用氣動(dòng)夾緊方式夾緊。
2.2 夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于汽車車身形狀復(fù)雜、剛性差、易變形，因此，側(cè)圍總成的裝焊夾具在結(jié)構(gòu)上主要有如下特點(diǎn)：
a、夾具定位面的形狀復(fù)雜、精度要求高、設(shè)計(jì)制造難度大。因?yàn)檐嚿頉_壓件大多數(shù)是空間曲面，而夾具定位元件的工作表面必須與車身相應(yīng)的定位表面形狀保持一致。在夾具中定位的形面是取車身各重要的部位的斷面，因此夾具定位元件的工作表面只有用仿形或數(shù)控設(shè)備加工，才能使其獲得準(zhǔn)確的形狀。
b、夾具結(jié)構(gòu)應(yīng)具有使工人操作方便、容易焊接、工件裝卸方便等特點(diǎn)； 同時(shí)又要防止各相鄰?qiáng)A具之間以及夾具與工件之間發(fā)生干涉。
c、由于車身外形尺寸大，定位元件由多個(gè)定位板構(gòu)成車身表面的空間形形狀，夾具的裝配、調(diào)整工作量大。
根據(jù)上述特點(diǎn)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，側(cè)圍總成夾具的定位夾緊單元基本結(jié)構(gòu)由定位板連接板、定位塊、調(diào)整墊片、壓板、定位銷、夾緊機(jī)構(gòu)等組成。夾緊機(jī)構(gòu)主要是采用手動(dòng)夾緊和氣動(dòng)夾緊兩種，其選擇與方案一致。在夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，我們應(yīng)用U G三維軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，U G 軟件具有強(qiáng)大的曲面造型功能和實(shí)體造型功能。下面以?shī)A具定位夾緊單元B24 的設(shè)計(jì)為例進(jìn)行詳細(xì)介紹。
夾具B24的作用是保證在焊接時(shí)將側(cè)圍外板總成準(zhǔn)確定位，使側(cè)圍外板總成能與其它零件按設(shè)計(jì)要求被定位和夾緊。根據(jù)其作用及結(jié)構(gòu)分析，夾具B24由支基、定位板、壓板、定位銷、導(dǎo)向件、氣缸構(gòu)成，其中支基、導(dǎo)向件選用的是通用件，氣缸是外購(gòu)件，設(shè)計(jì)夾具時(shí)，根據(jù)定位要求僅設(shè)計(jì)定位板、壓板和定位銷即可。
由于車身沖壓件外形復(fù)雜，在裝焊過(guò)程中與定位板的定位面相接觸，這就決定了定位面形狀復(fù)雜，尺寸精度要求較高。為了使元件的制造、調(diào)整和維修方便，將定位板設(shè)計(jì)成分離式結(jié)構(gòu)，如圖3 所示，定位塊Ⅱ固定在定位塊Ⅰ上，定位塊Ⅰ固定在連接板上，通過(guò)調(diào)整墊片數(shù)量的增減來(lái)調(diào)整定位塊Ⅰ和定位塊Ⅱ的位置。定位塊Ⅰ與連接板之間的連接方式采用孔銷定位、螺栓連接，通過(guò)銷的位置精度(±0102mm ) 來(lái)保證定位板的定位精度。
由于定位塊的定位面取決于與其相接觸的前側(cè)圍外板的形面，因此在設(shè)計(jì)定位塊時(shí)，需要用前側(cè)圍外板的U G 數(shù)模，將所需的形面用Wave Geometry Linker 鏈接到定位塊的UG 數(shù)模圖中，使定位塊與工件建立了相互關(guān)系。根據(jù)定位面的外形用Sketch和Extruded 作出定位塊的實(shí)體，用Trimbody 將定位塊的實(shí)體與所鏈接的形面相切，所得到定位塊的定位形面與與其相接觸的形面數(shù)模完全相吻合。在制造過(guò)程中為保證定位面的形狀、尺寸精度，需用數(shù)控加工定位面。
連接板的作用是安裝定位塊、壓板和導(dǎo)向件，根據(jù)定位塊的形狀以及支基和壓板的安裝位置，用Sketch和Extruded 作出連接板的實(shí)體，用Hole打各特征孔，即可得到連接板的數(shù)模。
壓板與工件接觸部分的形狀也是由工件的形面決定的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分考慮壓板打開狀態(tài)的角度，應(yīng)便于焊件的裝卸和工人的操作，也不能與相鄰?qiáng)A具之間干涉。夾具B24采用氣動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)，夾緊件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用一節(jié)銷形式。在設(shè)計(jì)壓板時(shí)，將所需的前側(cè)圍外板形面數(shù)模用Wave Geometry Linker鏈接到壓板的UG數(shù)模圖中，使壓板與工件建立了相互關(guān)系，根據(jù)定位面的外形作出壓板的實(shí)體，將壓板的實(shí)體與所鏈接的形面相切，所得到壓板的定位形面與與其相接觸的形面數(shù)模完全相吻合，用Hole打各特征孔，即可得到壓板的數(shù)模，如圖4 所示，通過(guò)連接銷軸的位置精度(±0.1) 和尺寸加工精度(.dH7) 來(lái)保證壓板的工作精度。
根據(jù)工件的形狀及其定位孔的位置，因定位銷的位置與定位基準(zhǔn)面不一致，需設(shè)計(jì)一個(gè)固定支架將銷固定在定位板上，結(jié)構(gòu)如圖5。定位銷的直徑的大小略小于工件上的孔徑，其位置精度為±0.1mm ，尺寸公差為0～-0.1mm。在設(shè)計(jì)固定支架時(shí)，根據(jù)已知的定位板與定位孔間的距離，做出固定支架實(shí)體，用Hole 打各特征孔，即可得到固定支架的數(shù)模。在設(shè)計(jì)定位銷時(shí)，根據(jù)已知定位孔的直徑，用Sketch 和Ex2truded 作出的定位銷實(shí)體，即可得到定位銷的數(shù)模。
當(dāng)一套夾具的各個(gè)零件的UG數(shù)模都已建好，需將其裝配，組成一套完整的夾具。UG軟件提供了豐富的裝配功能，零件的裝配條件可根據(jù)零件間配合關(guān)系確定，如同軸(ALIGN)，共面(MATE)，距離(DISTANCE)，中心(CENTER)，角度(ANGEL)，垂直(PERPENTICULAR)，相切(TANGENT)。裝配后，使用Motion功能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，圖6 為裝配完畢的夾具定位單元B24
3 輸送機(jī)構(gòu)
側(cè)圍總成裝焊線的輸送機(jī)構(gòu)采用同步帶傳動(dòng)，主要由減速電機(jī)組件、萬(wàn)向傳動(dòng)軸、同步帶、支架、同步帶輪及滾輪組件等構(gòu)成，如圖7 所示。用減速電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)同步帶，用萬(wàn)向傳動(dòng)軸將兩邊的同步帶輪連接，使兩邊輸送帶的運(yùn)動(dòng)同步，同時(shí)，工件由兩邊同步帶輸送，可以防止其滑動(dòng)的現(xiàn)象。該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，造價(jià)低廉，不需要潤(rùn)滑和緩沖吸振等特點(diǎn)，能保證工件的同步輸送。
4 升降系統(tǒng)
該線的升降裝置采用剪刀式，如圖8 所示，由雙向氣缸、連桿、升降臂、支座等部分組成，用雙向氣缸推動(dòng)連桿使交叉臂上、下運(yùn)動(dòng)，可將輸送裝置抬升600mm。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有足夠的強(qiáng)度和剛度，能保證工件的同步升起、落下，無(wú)沖擊。
5 結(jié)論
通過(guò)以上側(cè)圍總成裝焊拼臺(tái)的設(shè)計(jì)及分析，可得出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)和結(jié)論。
第一、拼臺(tái)的自動(dòng)化程度較高，能自動(dòng)定位、夾緊，自動(dòng)裝卸零件，提高了生產(chǎn)率。
第二、利用U G三維軟件進(jìn)行裝焊夾具設(shè)計(jì)，根據(jù)裝焊夾具結(jié)構(gòu)的共性將其標(biāo)準(zhǔn)化，建立公用的系列數(shù)據(jù)庫(kù)，在具體設(shè)計(jì)中根據(jù)結(jié)構(gòu)形式合理選用，并依據(jù)沖壓件斷面形狀確定定位面及夾緊面的加工數(shù)據(jù)，使設(shè)計(jì)和制造過(guò)程大大簡(jiǎn)化。
第三、雖然該裝焊線采用了較先進(jìn)的技術(shù)，但同國(guó)際先進(jìn)水平比較，也還存在不足的方面，例如自動(dòng)化焊接、機(jī)器人自動(dòng)控制等方面的運(yùn)用，這些都需要我們努力地學(xué)習(xí)和進(jìn)一步提高，以期趕上世界先進(jìn)水平。
（轉(zhuǎn)載）
