前车体工装切换形式分析

杨林　程芝群　卢群英

摘 要：根据前车体焊装生产线工装的切换的方式，将前车体生产线分为固定式生产线、推拉切换式生产线以及滑台切换式生产线，分别介绍了这几种生产线的工装结构，以及各自的运用场景和优缺点。

关键词：前车体焊装线 切换 固定式 推拉式 滑台切换式

1 前言

汽车工业作为一个集技术、资金以及劳动密度规模为一体的行业，在国民经济中起着支柱产业作用。同时，随着人民的消费水平不断的提升，促使汽车更新迭代节奏加快。车身焊装线作为白车身零件定位和焊接的设备，对车身钣金焊接质量和精度起着关键的作用。为了满足车型不断更新的需求，以及受场地大小、人工成本上升等因素影响，车身焊装线也在不断的改变，工装定位由单一车型向高柔性多车型转变，焊接由人工焊接向机器人焊接转变。其中前车体作为白车身的重要组成部分，生产线也在不断的升级，本文讲解前车体常见的几种工装线。

2 前车体工艺布局以及工艺

一条白车身焊装线一般由前车体分总成线、侧围分总成线、顶盖分总成线、后部下车体分总成线以及焊接主线构成。在场地布局上以焊接主线为主，其他分总成线围绕着主线布局的方式。其中前车体分总成线布局在主线前端的一侧，焊接好的前车体分总成通过空中小车输送到主线进行装配焊接，如图1所示。

前车体分总成零件一般由前大梁焊接总成、前轮罩焊接总成、下弯梁总成、前隔板焊接总成、前轮罩外板总成、上弯梁支架焊合件等零件组成。通常分为6个拼台进行上件定位焊接以及补焊，如图2所示，常见1#、3#、5#拼台为上件台，2#、4#、6#为补焊台。

3 前车体工装分类

根据工装拼台切换方式可分为固定式生产线、推拉切换式生产线以及滑台切换式生产线。每种生产线形式都有各自的优缺点和应用场景，在前期项目规划中，需要根据车型生产节拍、生产场地大小、自动化率以及投入资金等来决定采用哪种形式。

3.1 固定式生产线

固定式生产线即工装设备是固定不动的，配套相应的焊接设备，专门生產一种或者两种车型。如图3所示为固定式的单个前车体拼台数模，这种工装一般由拼台支撑脚、地脚螺栓、拼台底板、定位和装件工装、举升机构组成。生产线采用人工上件，人工焊接（也可采用机器人焊接），拼台间的零件采用吊具转移。由于这种生产线采用固定拼台和配套的焊接设备，只能生产一、两车型，柔性差，适合单品种大批量的生产。前期投资、占地较少，如果要导入新车型则需要新开发相关设备。

3.2 推拉式生产线

推拉式生产线即共用焊接设备，而工装通过整体推拉切换实现车型柔性。如下图4为推拉式工装拼台，同固定拼台结构类似，只是为了便于拼台推拉切换，用4个脚轮取代了支撑脚。拼台前后有定位插销，用于拼台定位。由于拼台需要人工推拉切换，所以拼台需要考虑轻量化设计，如采用铝制支基，拼台底板挖空处理等。

推拉前车体生产线采用推拉切换工装拼台、共用焊接等设备实现多车型生产，通过这种方式减少焊钳等设备的投资，降低项目成本。但是由于车型焊点差异，某些工位需要增加车型专用焊接设备，导致现场有的工位焊接设备多，不方便人员操作。

3.3 滑台切换式生产线

针对上件台装件定位的夹具较多，车型差异大难以共用，设计了上件台1#、5#采用整体工装滑台切换、补焊台采用工装翻转切换方式的自动化柔性生产线。如图5所示为滑台工装结构示意图，滑台工装由定位工装台、滑台、滑台底座构成。定位工装台通过插销、快速夹固定在滑台上，通过伺服电机驱动随着滑台运动。在上件工位人工上件，然后滑移到焊接工作位机器人焊接。焊接完成后通过机器人抓手抓取到下一个工位进行下一步操作。同时，为了满足生产节拍需求，采用双滑台形式，即一个上件工位并排布置两个滑台工装机构和两套焊接机器人，共用一个搬运机器人。当要车型切换时，只需将旧工装用小车切换下去，然后换上新工装。

补焊台采用固定拼台的形式，为了满足多车型的定位需求，定位工装采用风车切换形式或者NC定位形式。如图6所示的风车定位机构，通过旋转风车的4个安装面，可以满足4种车型的定位需求。如图7所示的NC机构可以在一定范围内三轴移动，以满足不同车型定位需求（要求定位孔大小一致）。相对于风车机构，NC机构能够满足更多车型定位，每次导入新车型只需要根据新车型坐标进行编程即可。但是NC机构体积较大且价格贵，因此需要根据具体情况决定选用何种形式的补焊台。

3.4 十字滑台切换式生产线

上述的滑台切换形式虽然能够通过切换实现多种车型的柔性生产，但是由于切换是靠人工完成的，切换时间较长，因此存在生产时间的浪费。为了解决工装自动切换的问题，设计了如图8所示的十字滑台切换工装机构，十字滑台工装主要组成部分为夹具上件位、夹具焊接位、夹具存放区、夹具移动轨道、夹具驱动电机单元以及十字旋转单元等。工作时在上件位人工上件，通过电机摩擦轮带动夹具移动到焊接位进行焊接。夹具存放区存放着其他车型的夹具，当需要切换车型时，只需将其他车型工装移动到工作位。通过十字滑台切换机构能够实现不同车型工装自动快速切换，实现混流生产，最大的满足车型柔性化生产，如果导入车型超出储存区数量，则需要将不常用的工装切换下来存放，等需要的时候在推上滑台。十字换台切换生产线由于需要在线旁建立夹具存储区域，因此生产线占地面积大、结构复杂且前期投资费用高。

4 总结

通过表1可以看出，每种生产线方式都有各自的优缺点，具体选用何种形式的生产线方式，需要根据项目的投资费用、生产节拍、预计产量、焊接质量要求以及现场场地等因素综合考虑。但是，随着车型更新速度加快以及人工成本和场地成本增加，工业机器人的广泛使用，多柔性、高自动化率的生产线是未来发展的趋势。