一种全自动化焊接柔性侧围生产线的设计探讨

何柳++陆德利++彭国振++魏小宝++陈长

摘 要：本文介绍了一种机器人全自动焊接的柔性侧围生产线，从侧围总成的大分块结构、生产线布局方向、关键工装夹具实现柔性的方式、抓手柔性方式、Pickup挂件柔性方式等几个方面介绍生产线的柔性制造。

关键词：侧围；布局；柔性制造；焊接；工装夹具；Pickup

中图分类号：U468.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）20-0036-02

汽车作为传统制造业，其开发周期长，产业链庞大。就主机厂来说，一般包括侧围总成、门盖总成、前车体总成、下车体总成及总拼、补焊线、调整线等。汽车更新换代快，因而产品多样化是汽车业的大趋势，由于场地、投资等方面限制，如何实现生产线的柔性成为汽车制造业发展的重中之重。对于焊装工艺来说，侧围分总成零件多、小零件数目多、工装定位复杂，因而实现生产线柔性较之主线难度更高一些。传统手工侧围生产线的多为“单线单用”模式，随着工业模式自动化、智能化，新建生产线多以机器人焊接代替手工焊接，而机器人生产线投资高，单线单用会造成资源大量浪费，只能往柔性生产方向进行规划。

1 侧围总成基本构成

一种SUV侧围总成图1所示，侧围一般由侧围外板、加强内框、A/B柱加强框、轮罩加强框、D柱、外板延伸板、加油口支架、锁扣加强板、翼子板安装支架等组成。由于侧围区域在很大程度上决定了车型的颜值，因此对于任何一款新开发的车型，可能车架件或地板件是借用原先车型的数据，但是侧围总成一定是全新的，这就意味着侧围总成的生产线兼容性要高，随时可以进行车型切换生产[1]。

侧围工艺流程如图2所示。

2 机器人柔性侧围生产线布局形式

侧围件由于零件多，分层明显，且有较多小件，因此侧围生产线至少要有1个以上装件拼台，补焊台拼台数则根据侧围总成焊点数和生产节拍进行设计。按目前我司的实际情况，主机厂侧围生产线焊点在200—300点左右，2个装件、定位焊拼台，3个补焊拼台，对于设计节拍较低的，补焊台可以为地面补焊台+七轴搬运补焊的形式，对于设计节拍较高的，由于七轴机器人需要抓件、行走及挂件，以上几个步骤总时长较长，七轴补焊机器人存在等待时间过长，如果制造节拍要求较高，不推荐使用七轴搬运，可以将七轴搬运改为固定台补焊的形式[2]。七轴补焊生产线布局图3所示，固定台补焊生产线布局图4所示。

从图3、图4可以看出，生产线设计节拍对最后一个补焊台的影响较大，排除设计节拍的影响，从成本控制及后期运行维护方面来看，固定台补焊优于七轴补焊，从以往项目运行情况来看，七轴极易损坏，且换七轴皮带时，搬运机器人需要移走，复位调试周期长，对生产线影响较大。固定补焊台可以在厂房空中搭建钢构，从而将钢平台上的下探机器人换成倒挂机器人，下探机器人钢构下标高要控制在一定高度以上，以满足机器人的运动轨迹要求，对后期机器人及焊钳、管线包等维护较为不便，除此之外，倒挂机器人与下探机器人在功能上并没有明显区别。

3 侧围线柔性生产模式

3.1 工装夹具柔性形式

3.1.1 转台工装切换

图5所示转台为A/B面转台，工装为三脚架形式，A面进行装件的同时，B面进行机器人定位焊，当搬运机器人将焊好的零件抓走、前一个拼台的焊合总成就位后，B面转到装件面，已完成零件安装的A面转180°到机器人面进行焊接，这样零件安装不对焊接时间产生影响，与传统手工生产线相比，节约了零件安装的时间。三脚架形式的工装设计可以改善员工装件时的人机工程，且可以增大焊接机器人扫略范围。

切换时小车通过地面定位装置与转台上的工装对接，先切换A面工装，转台旋转180°后在同一位置切换B面工装。一般来说，旋转台的工装从A柱或D柱切换均可，同一转台上的要求从同一个方向切换，为了实现不同生产线的柔性，建议所有生产线均设计成同一方向切换。工装推到位后推进方向有机械限位机构，同时感应开关感应工装到位，转台上的主定位销升起，切出方向的气缸压紧，最后再把4个手动锁紧机构锁紧，即可完成工装切换。

3.1.2 补焊台工装切换

补焊台采用地面机器人+下探机器人补焊的形式，下探机器人安装在钢平台上，补焊台工装从钢平台下方进行切换，与转台切换形式一样，补焊台也是通过地面定位装置实现切换小车与工装对接，从钢平台下方进行切换。为了降低切换难度，补焊台工装一般两段式，分段进行切换。

除了上面这种手工切换形式，补焊台的工装还可以通过机器人切换，机器人切换比人工切换的形式更占用生产线场地。同理，补焊台工装切换方向可以设计成轮罩方向或流水槽方向，为了便于车型柔性及统一，前期设计时应全部统一成一个方向。不同于专线工装的设计结构，柔性线工装是固定的底板面+可切换面组合的形式，底板面兼容所有车型，真正的夹具部分随车型切换。切换时，小车沿地面定位装置推到位，小车上的凸起卡到工装底板上的卡槽限位，再手工将小车上的工装推到底板上，固定锁紧。

3.2 抓手柔性形式

为了节约投资成本，机器人抓手应尽可能实现兼容，若实在无法兼容，抓手柔性的形式可采用插拔式切换和整体切换两种形式。插拔式切换是在地面使用“精确料架”放置所需更换部件的形式，机器人通过切换抓手上的特定部件实现不同车型的抓手共用，其切换形式类似焊接机器人的换枪功能。整体切换式是通过地面定位装置确定切换小车的位置，把抓手整体切换到小车上去。对于工装夹具和抓手，切换小车占地比较大，夹具部分由于机构复杂、重量较重，通过在地面推走、地面存放的方式方式比较落后，因此整体式切换可通过双层抓手存放架、空中输送平台等方式进行存放[3]。

3.3 Pickup柔性挂件形式

为了实现柔性生产，Pickup也需要实现不同车型的挂件。对于同一个Pickup机构，柔性车型挂件时Pickup托举点需要在Z向可以根据节拍需求调整。由于挂件机器人前期位置已固定，机器人抓放件要有一定预留量，因此托举点X向坐标要求固定，Y向可滑移，根据零件状态调整Pickup滑开距离。Pickup挂件时，托块向下打开，机器人挂件到位，感应支架被下压，感应开关将信号传回主控制器，托块回原位，Pickup上升并通过特定轨道将侧围输送到主线进行装件。该机构可以实现左右侧围同时挂件，搬运机器人及抓手同时退出，若柔性其他车型需要将左右侧围挂件宽度加宽或缩窄，可通過调节轨道上的滑移槽位置进行Y向调整，其机构如图6所示。

4 应用模式

目前公司已经建成该类型的自动化柔性生产线，可以实现不同类型的车型柔性制造（MPV、SUV、Car），改变了单一专线的生产模式。该类型的侧围生产线所有焊点均采用机器人焊接、人工装件和涂胶的形式，往后，随着侧围零件平台化、总成化的发展，装件和涂胶也会往自动化这个方向发展。同手工线相比，机器人线体单班次可以优化所有焊接人员，只需保留装件人员，按三班次的生产模式，每条柔性侧围线可三个班次人员。机器人柔性侧围线的建设，实现了侧围总成100%自动化焊接，向整车厂自动化率提升又迈进了一步。

目前，我司已建成3条机器人柔性侧围线，共计导入车型6种，已导入的所有车型可在所有柔性侧围线进行柔性制造。

5 结语

在汽车制造技术要求越来越精良的今天，在满足生产要求的情况下对焊点的质量要求、外观要求也越来越高，自动化生产线的开发也是大势所趋。机器人焊接在很大程度上提升了焊点质量的稳定性，焊偏、漏焊、多焊的情况基本不会出现，只要前期焊接参数规范，焊接毛刺、虚焊、脱焊等问题也可以得到有效控制。同时，柔性生产线可以解决单一专线回收率较少的问题，生产线建好后可以根据市场需求及时调整制造的车型，而不用重复投资及新建专线，可以大幅度缩减后期生产线建设周期，满足“更快、更好、及时响应市场”的制造理念。

参考文献

[1]高颖阁.一种侧围柔性生产线模式的介绍[J].科技创新与应用，2017，（14）：67-68.

[2]陈周生，一种柔性侧围生产线开发[J].汽车技术，2017，（3）：79-80.

[3]李秀启，汽车侧围分拼柔性焊接线布局浅析[J].制造业自动化，2017，（4）：52-55.endprint