19.東風(fēng)張海宏-卡車駕駛室混流焊裝線工藝的設(shè)計(jì)說明

..卡車駕駛室混流焊裝線工藝設(shè)計(jì)張海宏周三山摘要本文主要闡述了東風(fēng)新品與老款D310兩個(gè)完全不同系列3個(gè)品種白車身混流焊裝線工藝設(shè)計(jì)過程,從產(chǎn)品裝焊工藝分析、產(chǎn)品混流生產(chǎn)工藝性優(yōu)化及爭對混流設(shè)計(jì)中遇到的難題,提出了具有的解決對策,達(dá)到了預(yù)期的效果,本文對同行業(yè)具有很強(qiáng)的借鑒意義。關(guān)鍵詞混流焊裝線、產(chǎn)品混流優(yōu)化、裝焊工藝設(shè)計(jì)0前言20XX以來,汽車產(chǎn)業(yè)復(fù)興,整個(gè)市場處于供不應(yīng)求的旺銷局勢。尤其是東風(fēng)公司D310系列車型備受市場親睞,但是由于焊裝為專線生產(chǎn),焊裝生產(chǎn)能力嚴(yán)重不能滿足市場所需。另外,為提升公司形象,拓展市場,20XX規(guī)劃引入新品旗艦車型。為生產(chǎn)出高品質(zhì)產(chǎn)品、工藝先進(jìn)、設(shè)備穩(wěn)定、降低投資與后續(xù)發(fā)展的需要,進(jìn)過反復(fù)的方案設(shè)計(jì)、研究與對比,確定建設(shè)一條新品高頂、D310高頂與D310標(biāo)頂兩個(gè)系列3種車型的駕駛室混流焊裝線。為滿足混流生產(chǎn)的需要生產(chǎn)出高品質(zhì)的駕駛室,工藝設(shè)計(jì)人員在總結(jié)D310、D530項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,引入同步工程技術(shù),參與新品產(chǎn)品設(shè)計(jì)整個(gè)過程,對新品產(chǎn)品進(jìn)行工藝優(yōu)化。另外,參考D310、D530焊裝線設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與OEE數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),對影響產(chǎn)品質(zhì)量與設(shè)備穩(wěn)定的部分進(jìn)行防再發(fā)處理。通過多個(gè)有效的措施,圓滿的完成了新品/D310駕駛室混流焊裝線設(shè)計(jì)工作,產(chǎn)品質(zhì)量與設(shè)備穩(wěn)定性較D310焊裝線有了較大提升,達(dá)到了預(yù)期目的。工藝設(shè)計(jì)條件確定1.1根據(jù)商品企劃結(jié)合D310生產(chǎn)現(xiàn)狀,確定混流焊裝線生產(chǎn)品種為新品高頂、D310高頂、D310標(biāo)頂3種車型,生產(chǎn)能力為6.5萬輛/年。1.2根據(jù)邊界條件與生產(chǎn)能力確定,生產(chǎn)線節(jié)拍為3.04分鐘/臺；1.3根據(jù)焊裝車間情況確定,生產(chǎn)廠地為駕一、駕二、駕三車間,面積8880平米。1.4生產(chǎn)方式：任意混流生產(chǎn)?；炝鳟a(chǎn)品工藝性分析2.1產(chǎn)品描述D310為現(xiàn)生產(chǎn)車型,該車型為與日產(chǎn)柴聯(lián)合設(shè)計(jì),屬于日系車型,采用板式結(jié)構(gòu)；新品車型為東風(fēng)公司自主研發(fā)旗艦車型,標(biāo)桿為奔馳BENZ車型產(chǎn)品外形及分塊形式見圖1：D310標(biāo)準(zhǔn)型駕駛室外形D310D310標(biāo)準(zhǔn)型駕駛室外形D310高頂雙臥型駕駛室外形圖新品高頂雙臥型駕駛室外形圖圖1混流生產(chǎn)3種車型外觀圖2．1.2駕駛室外形尺寸及特征表1駕駛室外形尺寸及特征車型長mm寬mm高mm質(zhì)量kg產(chǎn)品特征D310標(biāo)準(zhǔn)型約2030約2415約1995約285左/右側(cè)窗、頂蓋天窗選裝,后窗必裝D310高頂型約2230約2415約2550約350左/右側(cè)窗選裝、頂蓋天窗、后窗必裝新品高頂型約2230約2490約2335約405左/右側(cè)窗選裝、后窗選裝、頂蓋天窗必裝2.2產(chǎn)品焊接工藝性優(yōu)化D310系列車型為現(xiàn)生產(chǎn)車型,產(chǎn)品已定型。新品為新開發(fā)車型,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為梁式結(jié)構(gòu),初步構(gòu)想階段分塊形式與雷諾高頂雙臥駕駛室分塊形式相同,且地板為平地板形式,兩種車型差異太大。產(chǎn)品分塊形式統(tǒng)一、底部定位可柔性化是能否混流生產(chǎn)的關(guān)鍵。我廠與中心設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品開發(fā)前期,應(yīng)用同步工程技術(shù),焊接工藝設(shè)計(jì)人員根據(jù)混流線設(shè)計(jì)的需要,提出新品全新的分塊形式,并對產(chǎn)品定位孔進(jìn)行確定,再與沖壓工藝、模具設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)及產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員進(jìn)行反復(fù)磨合優(yōu)化,使最終的新品產(chǎn)品滿足混流生產(chǎn)需求,降低工裝設(shè)計(jì)難度及投資額度?；炝鳟a(chǎn)品分塊形式統(tǒng)一新品高頂駕駛室構(gòu)想階段分塊形式與法國雷諾高頂雙臥駕駛室相同,分為地板焊接總成、左/右側(cè)圍總成、后圍總成、頂蓋總成與左/右車門總成總計(jì)7大塊,上件順序?yàn)榈匕搴附涌偝伞?右側(cè)圍總成——頂蓋總成——后圍總成——左/右車門總成。而D310高頂駕駛室分塊形式為地板焊接總成、左/右側(cè)圍總成、后圍總成、前頂蓋總成、中頂蓋總成、后頂蓋總成與左/右車門總成總計(jì)9大塊,上件順序?yàn)榈匕搴附涌偝伞?右側(cè)圍總成——后圍總成——前/后頂蓋總成——中頂蓋總成——左/右車門總成。我們在保留新品產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,對其分塊形式進(jìn)行重新劃分,滿足兩種車型混流生產(chǎn)的要求,降低總裝線的裝焊工作量與投資額度,3個(gè)車型頂蓋裝焊實(shí)現(xiàn)混流生產(chǎn)。優(yōu)化后的新品高頂駕駛室分塊形式及D310標(biāo)頂、高頂駕駛室分塊形式見圖2.D310標(biāo)頂爆炸圖D310高頂爆炸圖新品高頂爆炸圖圖2三個(gè)車型分塊形式圖新品底部定位確定由圖3、4看以看出新品與D310縱梁開度、高差、深度完全不同,為滿足混流生產(chǎn)需要,降低工裝設(shè)計(jì)難度,工藝設(shè)計(jì)人員需要對產(chǎn)品進(jìn)行詳細(xì)把握,根據(jù)工裝設(shè)計(jì)需要確定產(chǎn)品定位。主要優(yōu)化內(nèi)容為：1、前部定位Z向均為縱梁翻邊Z=0面,X向由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)原因不能更改,我們需要將Y向統(tǒng)一；2、后部定位由于差別太大,必須做獨(dú)立部裝,新品后部定位要與D310避讓,避免工裝干涉。優(yōu)化后的底部定位見圖5.ZY新品高頂D310標(biāo)頂D310高頂圖3D310標(biāo)車/D310高車/新品高車縱梁差異圖頂蓋部分連接方式統(tǒng)一經(jīng)過無數(shù)次的優(yōu)化,在滿足產(chǎn)品造型與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,滿足沖壓工藝性與裝焊工藝性,滿足模具與夾具制造要求基礎(chǔ)上,確定了高頂前頂蓋、中頂蓋、后頂蓋、左/右側(cè)頂蓋及9個(gè)頂蓋加強(qiáng)梁的搭接邊位置與尺寸,為了滿足頂蓋焊接且考慮天窗成本因素,保留了中頂蓋天窗洞口,并確定了天窗洞口尺寸。詳見圖4。D310高頂雙臥分體頂蓋設(shè)計(jì)圖新品D310高頂雙臥分體頂蓋設(shè)計(jì)圖新品高頂雙臥分體頂蓋設(shè)計(jì)圖圖4D310高頂與新品高頂頂蓋連接形式示意圖中頂總成裝配方式統(tǒng)一為滿足新品高頂與D310高頂中頂混流生產(chǎn)需要,在滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的基礎(chǔ)上,對中頂蓋總成進(jìn)行優(yōu)化,將新品中頂蓋總成裝配采用自定位方式與D310中頂蓋總成定位方式相同,即中頂蓋總成左前角與右后角各焊接1個(gè)M8凸焊螺栓,在左/右側(cè)頂蓋加強(qiáng)梁上相應(yīng)增加2個(gè)定位孔〔1個(gè)圓孔,1個(gè)長孔。只需采用1套自動上線裝置,中頂蓋總成吊具與預(yù)裝夾具柔性化設(shè)計(jì),滿足D310中頂蓋總成與新品中頂蓋總成輸送要求,將中頂蓋總成自動輸送到駕駛室上空即可,操作工人進(jìn)入到駕駛室內(nèi),人工裝配M8螺母與M8螺栓。取消了復(fù)雜的定位夾具,降低了焊裝線的投資。新品/D310駕駛室混流焊裝線工藝設(shè)計(jì)3.1地板線工藝內(nèi)容及平面布置由產(chǎn)品描述可以看出,新品與D310產(chǎn)品零件完全不同。D310為現(xiàn)生產(chǎn)車型,地板總成由15個(gè)零件在3個(gè)工位裝配完成,夾具定位加緊點(diǎn)多結(jié)構(gòu)復(fù)雜；新品地板總成由4個(gè)零件組成,兩個(gè)系列3個(gè)品種地板總成的裝配夾具難以共用,因?yàn)閍、產(chǎn)品差異大,夾具設(shè)計(jì)復(fù)雜；b、夾具復(fù)雜影響人工操作性；c、節(jié)拍難以保證。因此我們將地板總成裝配工位設(shè)計(jì)為專用工位,機(jī)器人補(bǔ)焊工位及人工補(bǔ)焊工位設(shè)計(jì)為共用工位,總計(jì)8個(gè)工位。地板線平面布置見圖5:圖5新品/D310駕駛室混流焊裝線地板線工藝布置圖總裝線工藝內(nèi)容及平面布置通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析,新品和D310側(cè)圍、后圍結(jié)構(gòu)及型面完全不同,尺寸相差很多,如在采用現(xiàn)有COMAUOPEN-GATE同一個(gè)工位共用同一套總拼夾具、側(cè)圍上線工裝、后圍上線裝置這些設(shè)備的共用都很難實(shí)現(xiàn)。目前國際上多品種混流總拼方式有夾具庫夾具切換〔CMAUOPEN-GATE、EDACGeoTack等、多面體夾具旋轉(zhuǎn)切換〔PSIGEOflesor、本田等、機(jī)器人切換預(yù)裝夾具〔ABB、PSIBodyflesor等這些方式都需要很大的占地面積來存放夾具或預(yù)裝夾具、零件預(yù)裝工位等,現(xiàn)有廠房不具備布置條件。因此我們將新品\D310總拼做專用工位,其他工位為通用工位,總計(jì)13個(gè)工位。總裝線平面布置見圖6圖6新品/D310駕駛室混流焊裝線總裝線工藝布置圖焊裝線設(shè)備選擇與設(shè)計(jì)4.1線體形式的選擇：我們選擇的為擺臂滾床滑撬輸送系統(tǒng),因?yàn)闈L床滑撬輸送線與傳統(tǒng)往復(fù)桿輸送線相比具有工位間距柔性化、控制靈活、可轉(zhuǎn)彎、線體長度不受限制、滑撬循環(huán)行走不返回降低夾具設(shè)計(jì)難度等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容：地板線前4個(gè)工位均為專用工位,往復(fù)桿相對每個(gè)工位都做升降,需要在每個(gè)工位都需做零件的定位支撐,如前兩工位為D310專用工位,在D310輸送到3、4工位新品地板專用工位時(shí),在3、4工位必須做D310的定位系統(tǒng),這個(gè)難以實(shí)現(xiàn)。但同樣在采用滑撬形式后在D310輸送到3、4工位D310地板專用工位時(shí),可通過電控使滑撬不下降,這時(shí)3、4工位相當(dāng)于是D310的過渡工位。如采用往復(fù)桿形式,在車型變化時(shí)會產(chǎn)生等待現(xiàn)象,當(dāng)生產(chǎn)由D310車型轉(zhuǎn)變?yōu)樾缕窌r(shí),地板線30、40工位存放D310車型,需要等待D310傳送下去空出時(shí)才可生產(chǎn)新品?？偲垂の幌噜彶贾?夾具占用空間大,前后需留出操作空間,工位間距需要7m,而其他工位僅需5m,采用往復(fù)桿形式無法實(shí)現(xiàn)?？山档屯顿Y成本,如采用往復(fù)桿輸送,每個(gè)工位均需布置夾具支撐定位,而滾床滑撬輸送線僅需在零件裝配與機(jī)器人補(bǔ)焊時(shí)應(yīng)用夾具,可減少線上夾具6套。關(guān)于選取何種形式的滾床輸送系統(tǒng),我們與東風(fēng)公司設(shè)備制造廠進(jìn)行了反復(fù)的比較,最終確定為升降形式擺臂式,此種形式升降機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊,電機(jī)拆卸方便,便于維修的特點(diǎn),平移形式為同步帶傳動形式,該形式具有噪音小、傳動效率高、無需潤滑等優(yōu)點(diǎn)。此種滾床結(jié)構(gòu)應(yīng)用成熟,如上汽朗逸車身焊裝線、奇瑞A3焊裝線等均采用此方式。圖7擺臂式滾床系統(tǒng)示意圖4.2通用工位夾具設(shè)計(jì)通過優(yōu)化產(chǎn)品定位孔與定位面的位置,在前部采用定位銷定位零件X\Y方向,U形支撐定位Z向,后部采用多功能定位銷定位零件三維方向。結(jié)合產(chǎn)品特性及線體輸送計(jì)算通用工位夾具各部裝的活動量。通用工位夾具圖見圖8.計(jì)算公式見下表。前部定位支撐部裝的設(shè)計(jì)與平移量計(jì)算由圖3得出D310與新品相比前部定位Y向相同,Z向相差？mm。平移量=〔新品前部定位孔開度-D310前部定位孔開度>/2后部定位支撐部裝的設(shè)計(jì)與移動量計(jì)算后部定位支撐部裝的設(shè)計(jì),由于兩種車型后部定位孔坐標(biāo)位置相差較大,因此新品與D310車型后部定位采用專用部裝,后部Y向移動量為：D310標(biāo)車與高車Y向差？mm；D310后部支撐設(shè)計(jì)為升降結(jié)構(gòu),用以輸送至下一工位時(shí),夾具與駕駛室不產(chǎn)生干涉,該結(jié)構(gòu)采用氣缸加直線導(dǎo)軌進(jìn)行準(zhǔn)確的升降,該結(jié)構(gòu)應(yīng)用成熟,設(shè)備穩(wěn)定性好,重復(fù)定位精度高,維修簡便。D310后部支撐升降距離=[D310底部后部定位最高面-新品后部最低位-輸送的升降高度+滑撬支撐板高度+定位銷高度+預(yù)留空]圖8通用工位夾具設(shè)計(jì)圖通用滑撬設(shè)計(jì)由圖3對比,根據(jù)D310與新品縱梁前部定位X向差值,縱梁寬度,孔間距大于縱梁寬度一半,因此前部定位要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)新品滑撬用定位孔Y向與D310用孔相近,布置于同一部裝,采用定位銷定位,便于零件輸送的準(zhǔn)確。后部差異大,新品與D310采用單獨(dú)的支撐托架,D310標(biāo)頂與高頂采用同一部裝,由于D310高差大,后部定位需做翻轉(zhuǎn)式,在生產(chǎn)新品車型時(shí)避讓零件。滑撬設(shè)計(jì)圖見圖9.圖9混流線用滑撬設(shè)計(jì)圖頂蓋混流工位設(shè)備設(shè)計(jì)D310標(biāo)頂、D310高頂與新品高頂3種車型頂蓋的混流生產(chǎn),是本次混流線設(shè)計(jì)的難點(diǎn),3種頂蓋在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與定位孔位置等方面均完全不同。主要存在的難點(diǎn)為：頂蓋拼裝夾具的混流設(shè)計(jì)、頂蓋輸送裝置的混流設(shè)計(jì)、新品與D310高位操作高差大3個(gè)問題。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的把握、工藝布置需要、工藝生產(chǎn)需要及工裝設(shè)計(jì)等方面考慮,我們制定的工藝方案為：在總裝線40工位完成D310標(biāo)頂頂蓋總成、D310/新品高頂前/后頂蓋總成的裝焊,D310標(biāo)頂頂蓋總成使用專用輸送裝置、D310/新品高頂前/后頂蓋總成共用一套輸送裝置,兩套輸送裝置布置于總裝線40工位兩側(cè)?？傃b線60工位完成新品/D310高頂中頂蓋總成的裝配,中頂裝配采用零件自定位方式,輸送共用一套輸送裝置。具體設(shè)計(jì)如下：總裝線40工位夾具設(shè)計(jì)采用活動?xùn)艍铀欧ㄎ坏男问?總共采用4套伺服定位機(jī)構(gòu),解決三種車型定位無法共用的問題,降低工裝設(shè)計(jì)難度,節(jié)省布置空間,提高操作性,具體設(shè)計(jì)模型見圖10.圖10三種車型頂蓋混流生產(chǎn)夾具三維模型新品/D310高頂混流自動輸送裝置設(shè)計(jì)應(yīng)用錯位布置的方法,把握兩種車型產(chǎn)品差異,通過調(diào)整D310高頂與新品超高頂零件在預(yù)裝夾具與吊具的Z向高度滿足兩種車型自動輸送裝置共用的要求,見圖11、12.圖11高頂前/后頂蓋總成自動上線裝置圖12高頂前/后頂蓋總成自動上線裝置吊具及預(yù)裝夾具示意圖吊具及預(yù)裝夾具示意圖雙層平移活動工作臺設(shè)計(jì)新品高頂與D310車型后部高位操作高差巨大,為解決此問題,我們與設(shè)備廠家一起設(shè)計(jì)了雙層平移活動工作臺,見圖13。圖13雙層平移活動工作臺模型混流駕駛室自動下線吊具設(shè)計(jì)由產(chǎn)品描述看出,新品車型后風(fēng)窗為選裝,現(xiàn)生產(chǎn)駕駛室吊具均采用前勾前風(fēng)窗、后勾后風(fēng)窗設(shè)計(jì),該方式不能滿足新品吊掛需要,結(jié)合涂裝底漆滑撬有定位銷,駕駛室由焊裝線滑撬轉(zhuǎn)運(yùn)至涂裝滑撬需要精確定位的需要,我們設(shè)計(jì)為吊具前部仍吊前風(fēng)窗口,而后部改為兜底的方式,前部吊鉤設(shè)計(jì)3種車型通用,后部D310\新品吊鉤切換,滿足混流吊運(yùn)的需要,同時(shí)增加車身吊運(yùn)過程的穩(wěn)定性,便于駕駛室精確到位至涂裝底漆撬。具體設(shè)計(jì)見圖14圖14駕駛室混流下線吊具圖15混流線高位機(jī)器人焊接區(qū)域與原COMAU線焊接狀態(tài)比較4.3機(jī)器人系統(tǒng)選型機(jī)器人選型：根據(jù)我廠機(jī)器人應(yīng)用情況,工藝要求,通過對3種車型的機(jī)器人模擬,該線布置12臺ABBIRB6640-235/2.55的機(jī)器人,其中地板線布置4臺6軸機(jī)器人,總裝線布置8臺7軸機(jī)器人。機(jī)器人焊鉗設(shè)計(jì)：參考D310焊裝線實(shí)際使用情況,與新品焊接要求,對焊鉗進(jìn)行優(yōu)化,且考慮備件成本,總裝線60工位、80工位左、90工位右,選取現(xiàn)