多品種車身混流焊裝自動線的開發研製

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多品種車身混流焊裝自動線的開發研製簡介
多品種車身混流焊裝自動線的開發研製 東風汽車有限公司設備製造廠   劉元鑫 東風汽車股份有限公司汽車分公司 沈傑 [摘要]EQJX02線是我廠為東風汽車……
多品種車身混流焊裝自動線的開發研製正文
多品種車身混流焊裝自動線的開發研製
東風汽車有限公司設備製造廠   劉元鑫
東風汽車股份有限公司汽車分公司 沈傑
[摘要]EQJX02線是我廠為東風汽車股份有限公司汽車分公司開發研製的多品種輕型車車身混流總焊自動線,本文通過對該線開發研製技術總結,闡述了多品種輕型車車身混流自動生產線一些設計要點和設計思路 及車型變換的實現方式等,對類似焊裝線的設計有一定的參考價值。
關鍵詞: 混流自動生產線 車身合裝 理論定位點 饋電槍 車型變換 焊裝夾具
         抬起步進式往複輸送
1.   前言
    隨著國內汽車市場競爭日趨激烈,東風公司面臨著嚴峻的形勢,開發新產品、開拓新市場顯得尤為重要。東風汽車股份有限公司汽車分公司也不斷的在開發新車型。汽車分公司EQ1032車身原來在DCT線及單雙排混流線上生產,但是DCT線只能生產單排座車身且對衝壓件適應性較差;單雙排混流線能生產單排、一排半、雙排座車身,單雙排混流線是流水生產線,產能小,而且精度較低,生產的車身質量較差,達不到產品的要求,在這種情況下,東風汽車股份有限公司汽車分公司急需要開發研製一條精度高、能生產多種車型車身的混流自動生產線。我廠承擔該生產線的開發研製任務。
國內現狀:國內有類似的車身混流自動生產線,如北汽福田、南汽躍進的輕型車車身的生產線,但都是從國外引進,由國外公司設計製造。國內還沒有自行設計製造的能實現五種不同車型車身混流生產的焊裝自動生產線。
該生產線研製中將面臨以下問題:
 1.1 以前沒有設計過這種車身混流自動生產線,沒有經驗可借鑒。
 1.2 由於是多品種車身混流生產,不同車型的車身都有一套理論定位點,各自的定位裝置很容易發生干涉,這就要仔細的分析不同車型的車身的相同點和不同點,找到合理的實現車型變換的方式,既要保證多品種車身混流生產,又要保證每種車型的車身定位點數量足夠,定位可靠,從而保證每種車型的車身質量。因此如何找到合理車型變換的方法是該生產線研製的重要問題。
1.3東風汽車股份有限公司汽車分公司原來的設備生產該系列車身質量一直不穩定,特別是前風窗口及前門洞尺寸,因車身合裝夾具是該生產線研製中保證車身質量的關鍵設備,如何設計車身合裝夾具也是該生產線研製中面臨的重要難題。
1.4由於東風汽車股份有限公司汽車分公司在該項目的投資有限,在保證高性能的同時必須做到低成本,也就是說該生產線必須有高的性能價格比。
1.5、自動焊裝生產線的研製都要面臨的另一個問題是:強磁干擾。焊接車間的焊接設備工作時將產生強大磁場,這對焊裝生產線穩定、可靠的運轉是個重要的不利因素。
 
2.總體方案的制定
2.1 產品簡介
混流自動生產線生產的車身有五種車型:
EQ1032T/G/N(單排、1.5排、雙排);
      EQ1040T/G(單排、1.5排、);
外形尺寸(長X寬X高):
單排車身: 1430 X 1730 X 1650
1.5排車身: 1830 X 1730 X 1650
雙排車身: 2430 X 1730 X 1650
車身構成:如圖一所示。
2.2  技術要求
2.2.1 生產線的生產節拍為293秒/輛。
2.2.2 生產線必須滿足五種車型車身混流生產,夾具須設置車型識別裝置,防止誤操作。
2.2.3 焊接夾具定位準確,剛性良好,定位型腔面位置精度為:±0.3mm,定位銷位置精度為:±0.1mm,定位銷直徑:Φd(定位孔徑)-0.15mm。
2.2.5 焊接夾具的結構設計必須滿足焊接操作的方便性、可靠性及安全性。
2.2.6 對不易施焊的焊點,焊接夾具須設計饋電槍,確保焊接質量。
2.2.7        主線車身工位間的輸送為自動抬起步進式往複輸送。
2.3 總體方案:
2.3.1  該生產線共有九個工位,地板四個工位(含一個補焊工位), 總裝四個工位(含兩個補焊工位),其中補焊工位為將來擴能力增加焊接機器人預留了安裝空間,主線八個工位,全線長44.5米,地板第一個工位到第二個工位採用電葫蘆人工轉運,其餘八個工位間工件的傳送採用抬起步進式往複輸送機。
圖一
2.3.2 五種車型車身混流生產的實現方式                                           
對於多品種車身混流生產的車型切換裝置,用戶允許採用少量的需人工拆裝一些裝置實現。但為了降低工人勞動強度和車型切換的方便快捷,我們還是都設計為車型自動切換,在生產不同車型時,控制系統能夠自動識別車型,設備工作狀態能夠自動變換。由於車型切換裝置方案構想涉及的方面比較多,這裡就不一一詳述,只對一些較為典型的部分進行簡單的描述:

 

地板部分:五種車型的地板的區別主要是長短不同(分單排、1.5排、雙排)和后托架定位孔不同(EQ1032車型為圓孔, EQ1040方孔,孔位相差很小),根據這種情況,單排、1.5排地板用同一基準定位,定位銷均採用帶夾緊功能的多功能銷,后托架圓孔和方孔的切換採用自動升降裝置實現,升起狀態為方形多功能銷,降下狀態為圓形多功能銷。雙排地板前部及中部定位基準同單排地板的圓孔狀態,後部定位基準單獨設計。
側圍部分:五種車型的側圍的區別主要是長短不同(分單排、1.5排、雙排),根據產品的特點,單排、1.5排側圍的定位基準重複的較多,且容易避免二者專用定位基準的干涉,所以單排、1.5排側圍採用平移裝置實現車型切換,平移距離為400mm;雙排側圍的定位基準前部同單排側圍,後部定位基準單獨設計。
2.3.3   車身合裝夾具的整體結構
汽車分公司原來的車身合裝夾具焊后的車身外形尺寸不穩定,特別是前風窗尺寸偏差較大,造成整車風窗玻璃裝配困難,在新自動線車身合裝夾具的研製中必須解決這個問題。我們對汽車分公司原來的車身合裝夾具進行了認真的分析,找到了車身質量不穩定的原因:原來的車身合裝夾具均採用的側底板翻轉式結構,這主要是考慮側圍上料的方便性,但由於翻轉式結構決定了側底板剛性較差,而且翻轉的拖動氣缸為保證足夠的推力缸徑選用的較大(缸徑在200mm以上)、兩個氣缸並排使用,在氣缸的推力下側底板發生了變形,根據這種情況無法保證夾具精度,我們從經濟性及可靠性上考慮,自動線車身合裝夾具整體型式採用側底板平移式結構,人工上料。側底板平移式結構確定側底板剛性良好的設計前提,也不需要大缸徑的氣缸拖動,一側只使用一個氣缸,通過設置合理的限位塊,可以大大減小側底板的變形量,從而保證了夾具的定位精度;通過增加側底板平移距離,(平移距離為800mm)提高夾具的開敞性,人工側圍上料的方便性得到改善。平移通過氣缸拖動的直線導軌機構來實現,前後都設置了緩衝器及鎖緊機構。如圖二所示。

圖二

2.3.4 頂蓋合裝夾具的整體結構
頂蓋合裝夾具採用側底板固定式結構,前風窗採用平移加翻轉機構扶正定位,頂蓋的定位採用平移機構,設計高位平台及平移踏板以便於頂蓋焊點的焊接。
2.3.5 理論定位點的選擇
 考慮到與分裝夾具的協調,該夾具件理論定位點的選擇根據單排座車身的PLP圖(理論定位基準圖)確定,其他零件的定位點與分裝夾具一致,基準統一,減小積累誤差。
2.3.6 饋電槍的採用
車身合裝工位的焊點高度相差很大,前橫樑部分的焊點與地板部分的焊點高度相差1700mm,二者無法協調,施焊條件很差,人工點焊因施焊狀態不好無法保證焊接質量。這種情況下,採用饋電槍施焊可以解決這個問題,饋電槍可以保證焊槍沿焊點處法線方向施焊,確保焊點質量,且焊點位置精確;使用饋電槍不僅能降低工人的勞動強度,而且還能提高工人的勞動效率。
2.3.7 工件輸送機
主線採用抬起步進式往複輸送機,全長44.5米,輸送機的垂直升降採用電機拖動的平行四邊形加導向滑槽機構,並且採用液壓缸和氣缸平衡輸送機及工件重量;輸送機的步進平移採用交流伺服電機通過傳動軸帶動齒輪齒條副來實現。
2.3.8 電氣控制系統
考慮到生產線控制點較多(PLC輸入和輸出達到1728點)且處在強磁場干擾的惡劣環境中,該混流焊裝線採用PROFIBUS-DP匯流排通訊方式, S7-300PLC控制,通過觸摸屏實現人機對話,由於集成的OP功能,TP-270與PLC通過PROFIBUS連接。除傳統的顯示報警、監控當前狀態及PLC變數外,增加了“車型管理”和“車型記數”畫面。如果發生車型誤傳,通過畫面可加以修正。對於後面不加工的車型,可通過在畫面上“車身剔除”而使後續工位碰到該車身時自動完成。所有的這些加“車型記數”使“混流”不混。為防止誤操作,主線每套夾具都設計有檢測開關,用來識別車型。電氣控制系統在補焊工位為將來擴能力增加焊接機器人預留了電氣輸入介面。
2.3.9 氣路  
      氣路採用FESTO公司的閥島集中控制,氣路配管方便,節省空間。主線氣缸行程開關均採用抗強磁型,以適應強磁場干擾的惡劣環境。
 
3.混流線的一些典型部件
圖四 3.1車型切換裝置的設計
后托架圓孔和方孔的切換採用自動升降裝置實現,升起狀態為方形多功能銷,降下狀態為圓形多功能銷。如圖三所示。
單排、1.5排側圍採用平移裝置實現車型切換,平移距離為400mm,平移通過氣缸拖動的直線導軌機構來實現,前後都設置了緩衝器。如圖四所示。
3.2 頂蓋前橫樑定位裝置的設計
 頂蓋前橫樑定位非常重要,它直接關係到前風窗的尺寸精度及頂蓋的位置精度,考慮到頂蓋前橫樑只有一層板,剛性很差,若採用用一般的一圓銷一菱形銷,無法保證頂蓋前橫樑高度方向的定位,我們採用了雙圓伸縮銷定位;受空間所限,翻轉機構採用氣缸拖動的平面四連桿機構來實現。如圖五所示。

 

                       圖五                            圖三

3.3 饋電槍的設計

圖六 根據焊點分佈的特點,對人工施焊困難的焊點處設計了饋電槍,整套夾具共設計了12把饋電槍,其中前橫樑處的焊點在整車裝配后裸露在外,對焊點表面質量要求較高,饋電槍的電極採用了鉸接平面電極;為避免與車身干涉,饋電槍的送進設計為翻轉加平移機構,如圖六所示;每把饋電槍氣缸的氣壓由獨立的減壓閥控制,可實現饋電槍壓力規範的獨立調節。

4. 結論
該混流焊裝自動線2003年7月已在東風汽車股份有限公司汽車分公司投入生產,可以實現五種車型車身的混流生產,截止11月已生產各種車身1.5萬輛份,目前東風汽車股份有限公司汽車分公司的1.5噸系列輕型車車身全部在該生產線生產,日產量已達到200輛份,完全達到設計要求,生產線投產以來狀態良好,運行可靠,下線的車身質量穩定,達到用戶要求,經濟效益顯著,用戶非常滿意,2003年11月,東風汽車股份有限公司汽車分公司領導親自帶隊送來錦旗以示感謝。
該生產線是我國第一條自行研製的多品種輕型車車身混流自動焊裝生產線,性能上在國內處於領先地位,達到國際先進水平,而價格只有進口同類生產線的三分之一到四分之一,該生產線完全可以替代進口,具有良好的性能價格比。為國內汽車製造商提供了一種經濟、可行的選擇。
該項目的成功研製,給我廠的車身焊裝生產線領域開拓了市場,填補了國內自行研製混流自動焊裝生產線的空白。它在為我廠的將來帶來豐厚經濟效益的同時,也極大提升了我廠在行業中的地位,增強了我廠在市場中的競爭力。

 

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