中小型高速輥床輸送系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

呂　毅，謝　蔚，覃　石，周　華

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州545007）

在汽車車身和零部件焊接生產(chǎn)過程中，工件輸送技術(shù)一直是各大汽車工廠的重點研究對象。如圖1所示，傳統(tǒng)的輸送模式有空中小車（電動葫蘆）輸送和往復(fù)桿輸送。空中小車（電動葫蘆）輸送方式機械結(jié)構(gòu)和動力比較簡單，一般用于手動輸送線或低自動化生產(chǎn)線，可實現(xiàn)單工位輸送也可實現(xiàn)多工位聯(lián)動，但效率很低。往復(fù)桿輸送的優(yōu)點是可實現(xiàn)同步輸送，但其輸送效率也不高，一個輸送循環(huán)要20 s左右；其工件輸送到位精度不高，需要增加工件導(dǎo)向；可柔性生產(chǎn)能力差，車型切換機構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，且頻繁切換會造成不穩(wěn)定；零件頻繁進出工裝定位，焊接變形大，碰撞風(fēng)險高。伴隨著近十年汽車市場的白熱化競爭，對生產(chǎn)效率和質(zhì)量的要求就顯得成為重要，上述兩種傳統(tǒng)輸送方式明顯已經(jīng)跟不上時代變化。于是，一種更高效的輸送方式——高速輥床輸送系統(tǒng)就出現(xiàn)了。

圖1　空中小車（電動葫蘆）和往復(fù)桿輸送方式示意

1　高速輥床輸送系統(tǒng)的概念及應(yīng)用現(xiàn)狀

高速輥床輸送系統(tǒng)由高速輥床與臺車隨行夾具（定位夾具安裝在臺車上，工件加載在臺車上跟隨臺車移動）兩部分組成，采用專用驅(qū)動控制系統(tǒng)（將變頻器直接安裝在驅(qū)動電機上），包括定位焊輥床、補焊輥床、轉(zhuǎn)臺、升降輥床和皮帶橫移機等設(shè)備，如圖2所示，可按需求搭建出完整的自動化輸送系統(tǒng)。

圖2　高速輥床輸送系統(tǒng)概念

近些年，外資及合資汽車主機廠的白車身焊裝生產(chǎn)線引入了高速輥床輸送系統(tǒng)，用于白車身主線上工件的輸送，如圖3所示。高速輥床輸送技術(shù)的應(yīng)用，可以很好地解決傳統(tǒng)輸送方式的弊端。

圖3　高速輥床輸送系統(tǒng)在白車身主線上的應(yīng)用

2　中小型高速輥床輸送系統(tǒng)的研究開發(fā)及應(yīng)用過程

但除了在主機廠白車身線上的應(yīng)用外，高速輥床輸送技術(shù)此前還沒有拓展到中小零部件焊接線上。由于中小零部件尺寸規(guī)格小，其結(jié)構(gòu)和工藝更加復(fù)雜，高速輥床輸送技術(shù)與之結(jié)合難度很高，相關(guān)的技術(shù)研究和應(yīng)用尚屬起步階段。

我公司是大型汽車零部件生產(chǎn)基地，雖說近年來已大批量應(yīng)用機器人和其它裝備實現(xiàn)了焊接工藝的自動化，但由于中小零部件結(jié)構(gòu)和工藝的復(fù)雜性，其輸送效率仍舊難以得到提升。用工成本大，設(shè)備效率低，急迫需要一種高效的輸送方式來解決這些問題。

2013年，我司開始與某知名裝備開發(fā)公司進行相關(guān)技術(shù)合作，探討在中小零部件焊接生產(chǎn)線上，如何實現(xiàn)高速輥床臺車輸送。經(jīng)過一系列大量、深入的工藝方案探討、目標零件對比分析、臺車尺寸研究和輥床臺車樣件試驗等工作，終于在2013年底，與裝備制造公司一起制定了高速輥床臺車輸送技術(shù)五菱化的標準。包括系統(tǒng)PLC控制標準，旋轉(zhuǎn)輥床、固定輥床、升降輥床及臺車的尺寸標準，舉升機構(gòu)型式，臺車切換方式，臺車回位方式，臺車隨行夾具定位單元設(shè)計標準等。

2014年，我司就在五菱宏光S系列后部下車體產(chǎn)品開發(fā)項目中，應(yīng)用了中小型高速輥床臺車輸送技術(shù)，成功實現(xiàn)45JPH的高節(jié)拍輸出及穩(wěn)定運行；2014年底至2015年初，對五菱宏光S系列后部下車體焊接生產(chǎn)線中高速輥床臺車應(yīng)用過程中的問題進行整改，優(yōu)化設(shè)計，固化了經(jīng)驗成果。

迄今為止，已將中小型高速輥床及臺車輸送技術(shù)推廣應(yīng)用至寶駿730系列后部下車體、寶駿全系前大梁、寶駿全系前地板、五菱新微客系列后部下車體、五菱宏光系列前地板焊接生產(chǎn)線上。

3　中小型高速輥床輸送系統(tǒng)的技術(shù)特點

通過對該種中小型高速輥床輸送系統(tǒng)在我公司各條種零部件焊接生產(chǎn)線上的應(yīng)用情況分析，較傳統(tǒng)的往復(fù)桿輸送技術(shù)，其具備以下幾個顯著的技術(shù)特點：

（1）輸送效率高：單一輸送循環(huán)由24 s提升至6 s，節(jié)省輸送時間18 s，是傳統(tǒng)往復(fù)桿輸送效率的4倍。

（2）重復(fù)精度高：如圖4所示，采用VersaDrive驅(qū)動控制系統(tǒng)、VersaCoder速度控制系統(tǒng)，簡化了驅(qū)動電機與變頻器的控制方式，并且閉環(huán)控制臺車的加減速和最終定位，無需其他傳感器定位，重復(fù)定位精度高，實際運行中可達到±0.5 mm的精度，完全滿足鈑金點焊的工藝要求。

圖4　高速輥床臺車的控制系統(tǒng)

（3）柔性化程度高：定位與補焊工位分開，同平臺車型柔性生產(chǎn)設(shè)計簡單，容易實現(xiàn)；更可通過整體更換臺車隨行夾具，快捷地實現(xiàn)不同平臺的車型柔性切換。如圖5所示，某汽車廠在同一輥床臺車輸送焊裝平臺上實現(xiàn)了超過8種車型的混線生產(chǎn)。

圖5　輥床臺車線柔性化程度高

（4）工件定位穩(wěn)定：整個焊車過程，零件跟隨同一臺車由首序至末序，不用脫離夾具定位，一直保持夾緊狀態(tài)，零件變形小，焊接質(zhì)量穩(wěn)定。

4　中小型高速輥床輸送系統(tǒng)的創(chuàng)新點

與主機廠標準輥床臺車相比，中小型高速輥床輸送系統(tǒng)還具有如下幾大創(chuàng)新點：

（1）制定了中小型輥床輸送系統(tǒng)技術(shù)標準。包括系統(tǒng)PLC控制標準，旋轉(zhuǎn)輥床、固定輥床、升降輥床及臺車的尺寸標準，舉升機構(gòu)型式，臺車切換方式，臺車回位方式，臺車隨行夾具定位單元設(shè)計標準等。與車身主線高速輥床臺車相比，中小型輥床臺車的技術(shù)標準最大的特點，是結(jié)合了中小零部件的尺寸、工藝特點，量身定做了中小型的輥床及臺車的尺寸，規(guī)范了臺車隨行夾具的定位夾緊設(shè)計標準。該套技術(shù)標準可以應(yīng)用到后部下車體、前地板、前圍板、前后大梁等中小型零件的焊接線輸送上，有利于節(jié)省生產(chǎn)場地，并可有效提高設(shè)備穩(wěn)定性。

（2）創(chuàng)新性地提出了生產(chǎn)線回形布置方式。這極大簡化了生產(chǎn)線的基建工作量，節(jié)省了項目成本；設(shè)備布置一個平面，方便了維修及生產(chǎn)運行管理；可以預(yù)留額外的上件接口，方便后續(xù)車型導(dǎo)入，如圖7所示。該布置方式已成功應(yīng)用五菱宏光系列后部下車體臺車線、寶駿730系列后部下車體臺車線。

（3）高柔性化生產(chǎn)及車型快速切換。相比車身主線，零部件的焊接工藝更為復(fù)雜，車型柔性切換的難度也更高。中小型高速輥床臺車系統(tǒng)通過回型布置、夾具定位多車型柔性設(shè)計、臺車整體切換等多種形式，綜合解決同平臺或不臺平臺車型柔性生產(chǎn)的問題。例如在五菱宏光系列后部下車體臺車線上，就可以實現(xiàn)2種不同平臺共4種車型的混線生產(chǎn)，且不同平臺的車型切換可以在半小時內(nèi)完成。

（4）多種輸送方式無縫結(jié)合。根據(jù)產(chǎn)品及生產(chǎn)方式的特點，創(chuàng)新性地將輥床臺車+機器人+空中小車等多種輸送方式相結(jié)合，以穩(wěn)定可靠的方式，最大可能地實現(xiàn)輸送過程全自動化。如圖6所示，某后部下車體自動焊接線就集成了輥床臺車+機器人+空中小車+滑移等多種輸送方式。

圖6　中小型高速輥床輸送系統(tǒng)的特點

5　經(jīng)濟效益分析

以某車型一條后部下車體中小型高速輥床輸送自動焊接線為例，相較于傳統(tǒng)往復(fù)桿輸送方式，經(jīng)濟效益顯著。

（1）生產(chǎn)效率大幅提升

輸送效率的大大提升，節(jié)拍提升22%.按常規(guī)生產(chǎn)負荷，每月2萬臺，年度24萬臺產(chǎn)量，結(jié)合該后部下車體單臺產(chǎn)值900元，年度增加產(chǎn)值4 752萬。

（2）新車型導(dǎo)入周期縮短

由于采用高速輥床臺車技術(shù)，新車型導(dǎo)入的設(shè)計和切換工作極為簡單。只需要設(shè)計工裝定位部分，臺車可采用整體切換，焊接設(shè)備僅作簡單軌跡示教，即可實現(xiàn)新產(chǎn)品導(dǎo)入。相比重新設(shè)計開發(fā)一條焊接生產(chǎn)線周期6個月，高速輥床臺車線上導(dǎo)入新車型，保守估計只需3個月，開發(fā)時間節(jié)約一半。

（3）新車型開發(fā)成本降低

新車型導(dǎo)入時，由于只需要投入臺車隨行夾具部分，輥床部分和其它焊接設(shè)備仍可繼續(xù)回用，簡單改造即可，1條生產(chǎn)線輥床臺車輸送部分節(jié)約的費用就可達800萬以上。

6　結(jié)束語

中小型高速輥床臺車輸送系統(tǒng)的開發(fā)及廣泛應(yīng)用，填補了汽車焊裝輸送領(lǐng)域的一項空白，為汽車車身中小零部件焊裝線的輸送方式探索出了一條新路，經(jīng)濟效益可觀。中小型標準的高速輥床輸送系統(tǒng)，在國內(nèi)及國際上尚屬首創(chuàng)，具有極大的行業(yè)推廣前景。