簡單焊接裝置在白車身焊裝線的應(yīng)用研究

劉國斌 李裕連

【摘 要】隨著技術(shù)的進步及人力成本的增長，機器人自動焊接在小批量、高柔性白車身生產(chǎn)線上應(yīng)用越來越多，但在一些單一高產(chǎn)量車型生產(chǎn)線中運用機器人進行焊接的成本較高。文章介紹的簡單焊接裝置通過與工裝的設(shè)計融合，定位、焊接一體化，結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)定位和焊接，滿足尺寸定位要求，保證產(chǎn)品間隙段差，并解決一些工裝密集、人工焊接人機工程問題或機器人焊接難布置的問題，實現(xiàn)降本增效。

【關(guān)鍵詞】簡單焊接裝置;一體化;模塊化;低成本;集成

【中圖分類號】U463 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）10-0034-03

1 研究背景及問題提出

焊接工裝夾具作為保證汽車焊接質(zhì)量的高精尖設(shè)備，夾具的設(shè)計質(zhì)量、緊湊性、模塊化一直是企業(yè)的重點及難點工作之一。汽車產(chǎn)品總拼焊接零件復雜，空間狹小，裝配精度要求高，因此簡單焊接裝備與工裝的一體化設(shè)計集成研究及標準化應(yīng)用尤為重要。

2 問題分析及研究對比

2.1 內(nèi)置式合拼尾門框焊接裝置問題分析及研究

尾門框涉及尾燈、后保險杠、尾門安裝之間的間隙段差，是車身尺寸重點控制區(qū)域，由于定位要求高，此處的工裝比較密集，因此預(yù)留的焊接空間比較有限，既要滿足定位要求，也要預(yù)留焊接空間，不管是人工焊接還是機器人焊接都很難布置。人工焊尾部這個位置的焊點，人要站在尾部，目前的輸送線人更難站立，操作手工焊鉗的人機工程變得更差，此外上下部位置都有定位夾具，空間比較小，焊接容易干涉夾具;機器人焊接由于受外圍布局所限，地面沒有多余空間布置機器人，布局專門的機器人到空中焊接的成本非常高，機器人利用率過低。

圖1為目標車型的定位CDLS要求，為了保證整個尾門框的尺寸，定位夾緊達到5處，圖2為目標車型的尾門框與底板的焊接焊點要求。圖1處圓圈位置處既要求定位，也需要焊接，空間緊湊，焊鉗與定位夾具存在干涉的風險，此次生產(chǎn)線布局緊湊，布置機器人焊接困難。

2.2 外置式合拼側(cè)框焊接裝置問題分析及研究

合拼工位主要是對下車體、側(cè)圍、頂蓋橫梁進行精確定位后進行焊接，需要對各個零部件進行精確定位，夾具較多，夾具分布如圖3所示。通過人工焊接或者機器人焊接，焊接通道空間有限，焊槍與夾具干涉，此生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍為50 JPH（64.8 s/臺）單一車型生產(chǎn)。

3 技術(shù)解決方案及詳細結(jié)構(gòu)分析

3.1 內(nèi)置式合拼尾門框簡單焊接裝置解決方案

針對零件定位精度要求高、定位密集的區(qū)域，考慮把定位焊接與夾緊功能集合在一起，滿足尺寸定位精度與焊接要求。通過對現(xiàn)有夾具的研究，將定位夾具、焊接夾具都集成到主夾具上，定位完成后，利用夾具自帶的焊接機構(gòu)焊接尾門框定位焊點，詳細夾具結(jié)構(gòu)如圖4所示，通過集成焊接定位功能的一體化裝置就可以完成定位焊接。

此裝置工作原理由引出焊點焊銅板、定位夾具A/B/C、焊鉗、導電電纜、滑移裝置組成，通過固定的定位夾具A夾住車身零件（尾門框）進行零件粗定位，滑移裝置帶動定位夾具B＼C及焊鉗往下運動直至滑移到位，定位夾具B＼C夾緊對車身零件進行精確定位，然后焊鉗夾緊零件，人工使用電阻點焊焊鉗對銅板進行導電，通過導電電纜的傳導，在焊鉗處形成回路進行焊接，完成焊接過程后將夾具、焊鉗打開，回縮完成零件整個焊接定位過程。引出焊點焊銅板與滑移機構(gòu)固定在夾具框架上。

3.2 外置式合拼側(cè)框簡單焊接裝置解決方案

圖5為總拼工位外置式合拼側(cè)框，操作人員主要站在頂部裝件和焊接，中下部的定位焊點人工焊接工程都比較困難，通過簡單焊接裝置應(yīng)用，中下部的焊點自動焊接，人工只負責上部的焊接及裝件。前后側(cè)門門框、尾門框的焊點通過固定焊鉗焊接，每把焊鉗實現(xiàn)1～2點焊接，側(cè)圍裙邊焊點通過私服機構(gòu)帶動焊鉗繼續(xù)焊接，一把焊鉗可以實現(xiàn)10～15點焊點的焊接（如圖6所示）。

通過簡單焊接裝置在外置式合拼側(cè)框上的應(yīng)用（如圖7所示），滿足定位的情況下，該技術(shù)融合夾具機構(gòu)設(shè)計、焊機、焊鉗、自動化控制等系統(tǒng)，綜合考慮人機工程及設(shè)備成本，替代了中下部人工操作及使用機器人方案。

該裝置在公司多條焊裝線上內(nèi)置式夾具中使用，解決了此處焊接可達性問題，提高焊點質(zhì)量，保證車身尺寸的穩(wěn)定性。利用該裝置既可以實現(xiàn)替換人工焊接，解決人機工程問題，提升焊接自動化，減少人工操作，又不需要增加機器人等高成本設(shè)備，工程性價比高。

4 簡單夾焊一體化裝置的集成方法

（1）根據(jù)技術(shù)方案和詳細的結(jié)構(gòu)分析方案，在公司的tcAE系統(tǒng)里面將產(chǎn)品數(shù)據(jù)、原有的機器人數(shù)據(jù)、安全護欄設(shè)施等全部裝配成一個虛擬裝配。

（2）根據(jù)工藝焊點布局及焊鉗選型，將焊鉗數(shù)據(jù)裝配到焊接位置并根據(jù)焊接情況放置合適的角度，保證焊接盡量垂直，并盡可能減少安裝的角度，降低加工難度和提高設(shè)備精度。

（3）根據(jù)主夾具框架、焊鉗位置等輸入，設(shè)計定位夾具A/B/C，里面設(shè)計滑移切換結(jié)構(gòu)、夾緊機構(gòu)等小機構(gòu)。

（4）根據(jù)焊鉗、定位夾具、滑移機構(gòu)等，設(shè)計一體式裝置里面的焊鉗導電部分，包括導電銅排、導電電纜等。

（5）設(shè)計完成后檢驗機構(gòu)本身運動有沒有受到干涉的影響，檢查完影響后放到主線系統(tǒng)進行仿真，檢查完后整改問題和鎖定數(shù)據(jù)。

（6）尾部結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，進行數(shù)據(jù)標準化處理，焊接裝置、夾緊裝置、集成數(shù)模都設(shè)計成獨立單元，按絕對坐標放置，其他項目只需根據(jù)焊接位置及定位需求，整體裝配再調(diào)整定位點變化就可以實現(xiàn)平臺化應(yīng)用。

5 結(jié)論

（1）該狹小空間夾焊一體化裝置模塊化后，在各主流軟件簡單集成，可以解決所有其他車型緊湊位置定位焊接問題;模塊化后應(yīng)用簡單，只需要簡單更改連接件就可以實現(xiàn)在不同車型的應(yīng)用。夾焊一體化裝置機械結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，制造成本低，價值高，應(yīng)用前景廣闊。

（2）該定位焊接裝置通過引出焊方式，巧妙地減少變壓器和焊接控制器的布置，減輕機械機構(gòu)的重量;優(yōu)化了電纜布置，用軟電纜實現(xiàn)運動機構(gòu)間的連接;減輕主夾具的重量，提高機構(gòu)的穩(wěn)定性，滿足主夾具的重量約束要求。引出焊點位置布局在定位后橫梁附近，利用現(xiàn)有機器人就可以焊接，充分利用設(shè)備，節(jié)省人員投入和設(shè)備投入。

（3）通過軟件設(shè)計模擬，充分分析定位需求、焊接要求，通過機構(gòu)實現(xiàn)定位和焊接功能的融合。研究開發(fā)的一體夾焊結(jié)構(gòu)，用小巧結(jié)構(gòu)高度集成化多功能，滿足各區(qū)域的要求;通過有效的工裝設(shè)計，解決定位點焊接問題，通過設(shè)計實現(xiàn)低成本高價值的目標，充分發(fā)揮自身設(shè)計技術(shù)優(yōu)勢。同時，也為高精尖夾具的快速設(shè)計奠定堅實的基礎(chǔ)，攻破狹小復雜空間夾具定位焊接設(shè)計的技術(shù)難關(guān)。

參 考 文 獻

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