机器人柔性总拼技术在南京依维柯焊装线上的应用.pdf

工艺材料AUTOMOBILEAPPLIEDTECHNOLOGY2023年10.16638/ki.1671-7988.2023.020.027机器人柔性总拼技术在南京依维柯焊装线上的应用朱或，孔坤，吴斌（南京依维柯汽车有限公司整车厂，江苏南京2 118 0 6）摘要：汽车车身制造过程中，白车身总拼焊装技术是保证整车装配质量的重中之重。文章介绍了汽车白车身柔性总拼的几种形式，并着重分析了机器人柔性总拼在南京依维柯汽车产品白车身总焊线上的应用，通过利用现有资源合理工艺布局，提高车身焊装生产工艺水平及车身焊装质量。关键词：机器人；柔性总拼技术；汽车车身；焊装技术中图分类号：U466Robot Flexible Total Assembly Technology Application in the Welding Line(Nanjing IVeco Automobile Company Limited Vehicle Factory,Nanjing 211806,China)Abstract:In the process of automobile body manufacturing,the total welding technology of body inwhite is the most important to ensure the quality of the whole vehicle assembly.This paperintroduces several forms of flexible assembly of automobile body in white,and emphaticallyanalyzes the application of robot flexible assembly in the total welding line of Nanjing Ivecoautomobile products,by use of the existing resources and reasonable process layout to improve theproduction technology level and welding quality of automobile body in white.Keywords:Robot;Flexible total assembly technology;Automobile body;Welding technology依维柯汽车产品系列丰富多样，涵盖轻型客车、中型客车、轻型载货车、军用越野车以及各类改装专用车等2 0 0 余种车型，极大地满足市场多元化需求。但作为制造汽车的整车厂而言，面对生产如此繁多的车型，既要达到整车装配质量要求，又要满足小批量、多品种生产方式，选择合理的白车身柔性总拼焊装技术才是保证生产制作者简介：朱或（197 3一），男，工程师，研究方向为汽车焊装技术，E-mail:。文献标识码：A文章编号：16 7 1-7 98 8(2 0 2 3)2 0-134-0 6of Lveco in NanjingZHU Yu,KONG Kun,WU Bin造的关键因素。1白车身焊装线总拼焊装技术介绍1.1 单一总拼技术1.1.1平移式总拼技术平移式总拼技术是汽车白车身总焊线早期采用的总拼技术，即将白车身的左、右侧围总成人第2 0 期工装载在工位两侧的侧围定位夹具中（夹具垂直于地面），通过夹具Y向平移定位、夹紧的方式实现白车身合拼的技术。1.1.2 翻转总拼技术翻转总拼技术与平移总拼技术大体相同，也是先将白车身的左、右侧围总成人工装载在工位两侧的侧围定位夹具中（夹具与地面有倾角或平行），通过侧围定位夹具翻转到位、夹紧的方式实现白车身合拼。1.1.3平移+翻转总拼技术平移式+翻转总拼技术即前两项技术的合并版本，白车身的左、右侧围总成自动装载在工位两侧的侧围定位夹具中（夹具平行与地面），侧围定位夹具夹紧工件翻转9 0 度（垂直于地面），然后通过Y向平移定位、夹紧的方式实现白车身合拼的技术。1.1.4 小结这三种总拼技术子云相如、异曲同工，都是预先将左右、侧围总成装载工位的侧围定位夹具中，然后通过侧围定位夹具平移或翻转的形式实现白车身合拼。不同之处在于平移总拼技术和翻转总拼技术侧围总成采用人工吊运装载的方式，而平移+翻转总拼技术具有一定的先进性，通过机械传输的方式实现了侧围总成自动装载，大大提高了工作效率。采用单一总拼技术的白车身生产线由于无车型切换需求，设备工装相对专用、稳定，因此，设备故障率低、拼焊精度高、整车装配质量较高。但随着汽车市场的多元化需求越来越高，单一总拼技术由于车型升级换型的改造工作对生产线影响太大，已经逐渐不被汽车制造厂商采用。1.2柔性总拼技术更快地推陈出新、更快地更新换代是占领汽车市场的关键所在，柔性化生产线是各汽车制造商既快速又节约投资的主要手段，而柔性总拼技术又是柔性化生产线实现的关键所在。柔性总拼技术主要是将不同车型侧围定位夹具在工位中实现存储，然后通过快速切换不同侧围定位夹具来实现不同车型白车身总拼工作的技术2。1.2.1多面体总拼技术多面体总拼技术是将不同车型的侧围定位夹具固定在多面体上，通过多面体的中轴旋转进行侧围定位夹具切换实现不同车型白车身总拼工作的技术。多面体的中轴旋转方式可以分为垂直轴朱或，等：机器人柔性总拼技术在南京依维柯焊装线上的应用图1三面体案例三面体总拼技术的动作顺序：大地板总成传输至总拼工位一机器人抓取侧围总成装载至侧围定位夹具一多面体旋转至工作位一侧围定位夹具从多面体滑移至工作位夹紧一装配顶横梁连接件及焊接一侧围定位夹具打开、滑移至多面体一多面体旋转至上件位（同步完成车型切换）。多面体总拼技术侧围定位夹具存储只占一个工位，占地面积和投资费用相对较小，车型切换15s以内，整车拼焊质量相对稳定；由于多面体旋转机构和夹具滑移轨道等占用了大量地面空间，因此，地面的机器人布置相对困难，导致白车身总拼时下部预点位置较少，比较适合有预搭扣设计的车型。1.2.2 OPEN GATE总拼技术OPENGATE总拼技术简称开放式总拼或堆栈总拼技术，生产线充分利用地上、地下或者空中等场地进行侧围定位夹具存储3，然后通过GATE自动更换系统切换侧围定位夹具实现不同车型白车身总拼工作的技术（图2）。图2 OPENGATE案例工位的动作顺序：侧围定位夹具滑移至工位135旋转方式和水平轴旋转方式，三面体总拼技术一般采用垂直轴旋转方式（图1），而四面体总拼技术多采用水平轴旋转方式。GR2GRHURFR1UL2ULFL3GR3GR4136台（与大地板总成传输同步）一大地板总成传输至总拼工位一机器人抓取侧围总成装载至工作台的侧围定位夹具一工作台（带侧围定位夹具）滑移至工作位夹紧一装配顶横梁连接件及焊接一工作台（带侧围定位夹具）打开、滑移至上件位（同步完成车型切换）。OPEN GATE总拼技术的侧围定位夹具的存储数量是开放式的，标准化模块嵌入，扩展车型可以预留场地、分期投入；车型切换15s以内，满足多车型共线生产，在汽车制造业颇受欢迎。该技术自动化程度高，加上车型切换频繁，繁多的电子元器件一旦维护不到位就会产生各种信号故障，导致故障率上升。1.2.3拼装总拼技术拼装总拼技术又称框架总成技术或机器人拼装总拼技术，是将白车身侧围定位夹具设计成机器人定位抓具，不同车型的定位抓具布置在相应位置，机器人通过快换装置切换不同车型的定位抓具，实现白车身拼焊工作4。各抓具Z向与地板夹具锁定，抓具之间通过X、Y向互锁机构进行连接，形成一个整体框架5-6，最大可能保证整体定位精度（图3)。图3拼装总拼案例工位的动作顺序：大地板总成传输至总拼工位一机器人抓具抓取工件至工作位定位、夹紧一机器松开抓具切换焊钳进行预点焊一机器人松开焊钳切换抓具一机器人抓具打开、归位（同步完成车型切换）。拼装总拼技术通过机器人切换不同车型的抓具实现柔性生产，由于抓具结构简单、占地面积小、车型切换快、生产效率高，受到汽车制造商的一致好评。汽车实用技术拼装总拼技术的不足之处在于白车身进行总拼时对机器人抓具框架的强度载荷要求较高，抓具的本体无法采用质量较轻的铝制八角管，只能采用强度较高的无缝钢管进行焊接成型，导致抓具本体相对较重；而此技术中的机器人不仅要承担抓件、定位，还要进行合拼、焊接工作，大负载的机器人运行速度又满足不了汽车生产线的高节拍要求，只能通过减少抓具上的定位、夹紧机构来满足机器人负载要求，减少了白车身控制点，白车身整体装配精度就难以保证，所以该技术比较适合较小的车型。2依维柯汽车总焊线柔性总拼应用2.1 工艺规划方案2.1.1TurboDaily产品介绍依维柯Turbo Daily车型是我国汽车市场的经典轻客产品，2 0 世纪90 年代上市，至今在国内市场仍旧畅销不衰。该系列产品的投产不仅揭开了国内轻型商用车发展的新篇章，更加速了这一细分市场的多元化，深刻影响了中国轻型商用车领域的发展进程。目前，TurboDaily系列轻客产品白车身总焊线仍旧在南京依维柯汽车有限公司投产运行，该系列产品白车身有两种轴距、三种长度。2.1.2白车身总焊线布局TurboDaily系列轻客产品白车身总焊线是一条有着传统工艺的手工线焊接线，线长10 5m，线宽10 m，占地面积10 2 0 m（图4）；主线由12个工位组成，工位节距8.5m，每个工位设置升降传输辊床，辊床长度7.5m，传输滑撬长度5.6 m，工位间采用滑撬往复循环传输；生产线人工上件装配、焊接为主，机器人辅助补焊工作，自动化率10%。主线净节拍（JPH8）=设计节拍（9.4）设备开动率（0.9）工时利用率（0.937 5），轻客白车身单台工时38 2.5s/工位。OP010OP020地板合拼人工补焊图4TurboDaily总焊线工艺布局总拼工位采用单一总拼技术生产依维柯轻客2023年OP030OP040缓存单一总拼上件补焊OP050第2 0 期白车身，工位结构简单、故障率低、拼焊质量好，线体投资费用低，制造周期。2.2融入拼装总拼技术2.2.1共线车型介绍依维柯轻型客车有三大系列：TD、PD、A D，每个系列都有卡车车型，每种卡车车型中又都有单排、双排驾驶室之分。如此多的卡车驾驶室如果单独建造生产线进行白车身生产不仅需要增加投资费用，而且需要新增厂房及相应物流区域面积，并且汽车市场变化多端，产能的不均衡也会造成人员浪费。经过制造工程（ManufacturEngineering，M E）技术人员反复分析和讨论，最终决定采用机器人拼装总拼技术将卡车驾驶室白车身并入TurboDaily白车身总焊线进行共线生产。2.2.2共线方案布局TurboDaily白车身总焊线共线工艺方案（图5)：将OP020人工补焊工位调整为卡车柔性总拼工位，新增4台七轴机器人及设备、工装用于生产依维柯卡车白车身；OP040轻客单一总拼工位保留，仍旧生产依维柯轻客白车身，其余工位做共线生产适应性改造。即轻客车型白车身总成生TD车型侧壁抓手精定位PD车型料架侧壁抓手AD车型侧壁抓手ADO2-朱或，等：机器人柔性总拼技术在南京依维柯焊装线上的应用OP040地板合拼柔性总拼缓存单一总拼上件补焊图5TurboDaily总焊线共线工艺布局2.2.3共线方案优点生产场地无改变，节约了土建、公配投资费用；生产线工艺布局无改变，减少了工艺重复投资费用；生产线操作人员减少，合理调配人力资源共用；方案合理安排生产计划，满足小批量多品种市场需求。2.3机器人拼装总拼详细方案2.3.1工艺平面布局图介绍机器人拼装总拼工艺平面布局如图6 所示。TD车型后围抓手PD车型AD车型后围抓手后围抓手MH137产时，OP020工位大地板总成补焊的工艺内容由机器人取代人工完成；卡车车型白车身总成生产时，OP020工位为拼装总拼工位，机器人切换车型抓具完成白车身拼焊工作，其余工位完成剩余的装配、补焊工作。OP010OP020OP030精定位料架Op050R1XR2R3AD车型风窗抓手R4PD-CBZ科架TO-CBZS精定位料架风窗抓手风窗抓手PD车型侧壁抓手图6 机器人拼装总拼工艺布局上件工艺方案：卡车驾驶室白车身四大片体（左侧围焊接总成、右侧围焊接总成、后围板焊PD车型TD车型TD车型侧壁抓手侧壁抓手料架AD车型精定位138接总成、前风窗分体焊接总成）的上件台分别布置在总拼工位的四个角落，人工在线下先将焊接总成件放置在精定位料架中，然后将精定位料架推运至上件台位置锁定。抓具工艺方案：每个系列四大片体的机器人抓具通用设计（例：TD车型单排和双排的侧围焊接总成抓具通用），三个系列卡车车型共计12 副机器人抓具分布在总拼工位两侧。机器人工艺方案：4台机器人分步在两条七轴轨道上（R1和R2共轨，R3和R4共轨），完全覆盖所有抓具和上件台工作位置。汽车实用技术工位的动作顺序：大地板总成传输至总拼工位一机器人抓具从精定位料架抓件至工作位定位、夹紧、互锁一机器人松开抓具切换焊钳进行预点焊一机器人归位焊钳并切换抓具一机器人抓具打开、归位（同步完成车型切换）。2.3.2地板夹具柔性定位地板夹具定位机构采用伸缩或翻转方式进行各车型定位切换；侧围抓具定位机构固定不变，通过选装不同侧围抓具进行车型切换；后围抓具定位机构固定不变，通过选装不同后围抓具并装载X向不同位置进行车型切换，如图7 所示。2023年右侧壁抓手定位夹紧机构（车型通用）驾驶室地板定位ATD车型地板定位（固定）PD车型在TD车型位置切换（伸缩）O:AD车型地板定位（翻转）：所有车型共用乙向支撑后围抓手定位夹紧机构（根据车型切换位置）T心?：口左侧壁抓手定位夹紧机构（车型通用）图7 地地板夹具定位图解2.3.3拼装抓具定位柔性人拼装总拼技术虽然解决了共线生产的难题，由抓具的下部与地板夹具定位机构Z向锁定，于轻客白车身和卡车白车身长度差异大，工作内抓具的左/右上角X、Y位置相互锁定，形成框架容也不一样，在一条总焊线上进行混线生产极易总拼结构，保证白车身整体定位精度（图3)；特引发工时不平衡，造成了资源浪费。别是左、右侧围总成抓具的中部增加了互锁设计，2.4.2平衡生产工时加强稳定框架结构尺寸。根据2 台卡车白车身同步生产工时相加 1台2.3.4机器人选型轻客白车身生产工时的测算数据，ME技术人员决机器人抓具在抓件后总重量约550 kg，考虑定将2 台卡车白车身布置在一个滑撬上进行同步到线体节拍不高和后期产品设变等相关因素，直生产传输，解决混线生产时的工时不平衡。接采用KUKAKR600机器人（工作范围2 8 30 mm，2.4.3“一撬双卡”工艺布局方案负载6 0 0 kg）。这款机器人的使用满足了机器人抓TurboDaily白车身总焊线OP020工位为机器具的负载需求，不仅对生产线JPH无影响，同时人拼装总拼工位，无法进行2 台卡车白车身同步也保证了总拼工位白车身的整体装配精度。生产，因此优化此工位的卡车白车身工艺内容，2.4 工时平衡使生产工时19 1.2 5S，达到工时平衡（即在一个2.4.1 工时不平衡轻客白车身工时38 2.5s内，完成2 台卡车白车身TurboDaily轻客车型最大白车身长度590 0 mm，生产并传输到下道工序）。同时OP030缓存工位调依维柯卡车车型最短白车身长度2 0 50 mm。机器整为转撬工位，在此工位将2 台卡车白车身移载第2 0 期至同一个滑撬上，实现“一撬双卡”；后续工位做两台卡车白车身同步生产的适应性改造。2.4.4“一撬双卡”实施内容工时可以优化，工艺可以调整，实施“一撬双卡”难点在于如何实现两台白车身共撬。人工吊运方式存在安全风险，PICKUP接驳方式投资费用较高，机器人移载方式场地占用较大。ME技术人员经过反复推敲、验证，在既有传输方式上设计出一个安全、省钱、合理的技术方案。将OP030单工位长度和升降辊床长度同时调滑撬朱或，等：机器人柔性总拼技术在南京依维柯焊装线上的应用第三台卡车139整为10 m（具备两台卡车白车身共撬条件）；OP040一OP110滑撬长度调整为7 m（具备两台卡车白车身共撬条件）;“一撬双卡”动作顺序（图8)：OP020第一台卡车白车身总拼拼焊工作完成（17 1s）一滑撬托起白车身传输至OP030的A位置（18 1s）一滑撬返回OP020（19 1s）一OP020第二台卡车白车身总拼拼焊工作完成（36 2 s）一滑撬托起白车身传输至OP030的B位置（37 2 s）一滑撬返回OP020(382 s)。地板夹具第一台卡车LA升降辊床B江图8“一撬双卡”图解卡车生产时：需倍数连续排产（单数无法实身焊接质量还需要技术人员们进行进一步地探索现双卡）；OP040及后续工位的滑撬在OP030工位和研究。两台卡车白车身同步后才能回位（OP020第二台卡车传输时，OP030不能有滑撬，需程序控制）。3总结机器人拼装总拼技术在依维柯轻卡生产线上的应用，解决了依维柯车型轻客、卡车共线的难题，用较小的工艺投资费用，满足小批量、多品种的市场需求，实施效果显著。同时，在生产组织上大胆实施“一撬双卡”方案，解决混线生产的工时不平衡问题，不仅锻炼了员工队伍，还为今后的技术改造和设备维修工作积累了丰富的经验。适合的工艺设备，能够保证稳定工序质量；合理的工艺布局，能够有效地提高生产效率；柔性总拼的多车型切换技术确实解决了汽车主机厂的生产难题，但如何让柔性总拼达到满意的白车参考文献1刘大顺,邵珊珊.白车身柔性总拼技术研究及在焊装生产线中的应用J.时代汽车,2 0 19(16):110-112.2石海波,黄海,陈龙,等.白车身焊装柔性总拼工装平台的设计与研究J.装备制造技术,2 0 2 0(11):2 5-2 8.3李红华，张旭光.框架式柔性总拼技术在商用车焊装线上的应用J.汽车工艺与材料,2 0 17(9):6 1-6 5.4李鲁彪.白车身柔性总拼工位研究J.环境技术，2021(3):198-203,209.5李金山，李彦贺，温强龙,等.浅谈机器人在线检测技术在车身制造中的应用J.汽车实用技术,2 0 18,43(8):112-114.6黄海,王磊,惠智刚,等.汽车多车型高效随机切换的柔性总拼系统设计J.机电工程技术,2 0 2 0,49(10):201-204.