白車身柔性總拼技術研究及在焊裝生產線中的應用

劉大順　邵珊珊

摘 要：白車身總拼是指將左右側圍、下車體等分總成拼合后，焊接成為一個精確、穩定的車身結構。柔性化總拼技術能夠解決產品多樣性、快速替換性的難題，給汽車制造業帶來巨大的經濟效益。本文介紹了幾種主流的柔性總拼方式的形式、原理、特點等，為白車身焊裝生產線中最重要的環節提供多元化解決方案。

關鍵詞：白車身;焊裝;柔性化;總拼;車型切換

當今汽車市場競爭日趨激烈、車型更新換代速度越來越快，消費者對產品多樣化、個性化也有越來越高的追求。為順應這一趨勢，縮短車型開發周期、降低投產制造成本，柔性化生產日益凸顯其重要性。焊裝是汽車制造中重要的一道工序，白車身總拼工位又是焊裝車間內最復雜、最重要、也最容易成為生產瓶頸的工位，本文研究的正是這重中之重。

汽車柔性化生產是指在同一條生產線上能夠兼容多種車型、并根據訂單或生產計劃即時切換。本文所述的隨機切換，是指可任意切換車型的完全混線生產，切換時間損失不影響產能輸出;而批量切換是指每種車型生產一定批量后才允許切換其他車型，車型切換的時間損失均攤到每個工藝循環節拍內，仍能達成目標產能。

根據車身結構設計特點，白車身主拼通常分為單主拼和雙主拼兩種形式。

單主拼是指對車身下部總成、左/右側圍總成、衣帽板、頂蓋橫梁等進行精確定位，在一個工位焊接后，使其成為一個穩定的白車身，見圖1。

雙主拼是指白車身總成需要兩次主拼，側圍分為側圍內板總成和側圍外板總成，第一次主拼將車身下部總成、左/右側圍內板總成、衣帽板、頂蓋橫梁等焊合，第二次主拼再拼合側圍外板總成，見圖2。

雙主拼形式有諸多優勢：其一，因側圍內部結構分兩次上件、焊接，故可減少車身上CO2焊縫數量，增強車身結構性能;第二，可減少側圍外板轉運過程導致的表面缺陷;第三，可減少尺寸鏈，側圍外板焊接匹配面精度高（頂蓋激光焊縫位置）。雙主拼形式帶來的弊端也顯而易見，生產占地面積大，工位數量多，設備投入多，生產存在更多的潛在故障，綜合開動率低;而且門洞或風窗止口存在止口邊不平齊的風險。

無論單主拼還是雙主拼，主拼系統的原理和切換形式是相似的。根據工廠Block面積、產能規劃、共線車型數量、車型切換頻率等信息，白車身柔性總拼系統主要使用以下幾種形式：

1 機器人抓手Frame形式

車身下部總成輸送到位后，機器人抓具分別抓取左/右側圍總成、頂橫梁、衣帽板等，通過抓手扣合形成一個精確、穩固的框架式結構;焊接機器人進行GEO焊接后，抓件機器人再將抓手取下，車身輸送到下一工位，機器人攜帶抓具進入下一個循環程序。

這種抓手Frame主拼的優點是：布局緊湊、占地面積小，柔性化非常強，通過機器人更換抓手就可以無限擴展車型;16秒就可以完成一次車型切換，車型切換基本不損失產能，可以做到隨機混產;上件和焊接在同一工位完成，是無預拼工藝的車型最好的解決方案。同時也因為上件和焊接在同一工位，取件、涂膠、上件均占用主拼節拍，有較大的產能限制，僅適用小于36JPH的低節拍生產線。另外，相對于其他形式，此種主拼形式可靠性略差，抓手自身的剛度、強度和精度是決定車身焊接質量的關鍵，對抓手的設計能力和加工能力均是考驗和挑戰，一旦抓手發生變形，整車精度將無法保障，見圖3。

2 內置式定位夾具形式

這種總拼形式常見于通用系，適用于先預拼的車型。主拼夾具通過升降柱從工位頂部落下，與其他主拼形式明顯不同的是它是從白車身內部定位夾緊，焊接機器人進行GEO焊接后，總拼夾具松開定位并上升到等待位。車型切換庫位存儲在空中，不占用地面空間。因夾具要從工位上方垂直升降，為避讓干涉，對廠房承載、車身結構和夾具結構均有特殊要求，通用性較差，見圖4。

3 Gate主拼形式

Gate形式是目前國內應用最廣泛的主拼形式，側扇夾具Y向滑移并對所有分總成定位夾緊，多臺焊接機器人進行GEO焊接，完成后側扇夾具打開并退回到等待位，焊接好的白車身輸送到下一工位。它既可用于無預拼工藝的車型，也可用于有預拼工藝的車型。通過擴展庫位可實現多車型共線，它能夠適應多種BOP，具有結構穩定、精度可靠、易于控制、柔性高等特點。根據線體Block長寬、車型切換頻率等邊界條件限制，可選擇適當的庫位數量和存儲形式來滿足不同的需求，見圖5。

常見的庫位存儲及切換形式分為以下幾種形式：

3.1 滑移夾具庫

圖6為某公司分別為1～4種車型共線設計的滑移夾具庫總拼方案。

當線體僅規劃1種車型時，單側僅有一個可Y向滑移的庫位;增加車型時，可分別向X正向、X負向、Y向擴展庫位。每個庫位均有切換輸送單元，通過伺服電機耦合實現夾具在庫位內移動切換。

3.2 轉臺切換型

圖7為轉臺切換Gate總拼方案，4個三面轉臺可實現4車型隨機切換或6車型批量切換。若為4車型隨機切換的前提，在總拼工位焊接的同時，A、B兩個轉臺空置面轉向線體側，同時C、D兩個轉臺待產車型面轉向線體側，當車型切換時，在產車型夾具和待產車型夾具同時移動，在產車型滑入轉臺庫位內，待產車型滑入工作位;此切換過程與白車身總成輸送同步，不占用工藝時間。若為6車型批量切換的前提，在工作位焊接的同時，A、B轉臺空置面轉向線體側，在產車型夾具滑移到A、B轉臺的空置庫位后，轉臺旋轉到待產車型面向線體側，待產車型夾具從轉臺庫位滑移到工作位，45秒內可完成一次車型切換。

3.3 轉轂切換型

圖8為轉轂切換Gate總拼方案，左右共使用4個四面轉轂，可實現5車型隨機切換或8車型批量切換。若為5車型隨機切換的前提，在工作位焊接的同時，A、B兩個轉轂空置面轉向線體側，同時C、D兩個轉轂待產車型面轉向線體側，當車型切換時，在產車型夾具和待產車型夾具同時移動，在產車型夾具滑入轉轂庫位內，待產車型夾具滑入工作位;此切換過程與白車身總成輸送同步，不占用工藝時間。若轉轂A與轉轂C后部聯通，轉轂B與轉轂D后部聯通，還可實現6車型隨機切換。若為8車型批量切換的前提，在工作位焊接的同時，A、B轉轂空置面轉向線體側，在產車型夾具滑移到A、B轉轂的空置庫位后，轉轂旋轉到待產車型面向線體側，待產車型夾具從轉轂庫位滑移到工作位，約一分鐘可完成一次車型切換。

4 結束語

本文介紹了汽車焊裝行業幾種主流的白車身總拼方案，每種方案在國內汽車廠均有大量的應用案例，各生產廠商可根據自身工廠條件和產品特點選用最適合、可靠、經濟的形式。通過對白車身柔性總拼技術的研究，可以為汽車焊裝生產線的多元化解決方案提供借鑒經驗。