試制總拼夾具多車型混線生產(chǎn)技術(shù)研究

蘇明，張吉輝，耿滏，陳紹翰，張錦良

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

前言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，在競爭日趨激烈的汽車行業(yè)中，各汽車公司每年都需要不斷研發(fā)更多的新車型。在未來幾年，汽研院將有越來越多的全新車型研發(fā)項(xiàng)目，需要試制大量的樣車白車身，并且因?yàn)樵囼?yàn)需求，項(xiàng)目試制時(shí)間也主要集中在二三季度，經(jīng)常出現(xiàn)多個(gè)項(xiàng)目在同一周期內(nèi)需要制造白車身的情況。但目前試制總拼夾具是按車型定制化設(shè)計(jì)制作的，即每個(gè)定位孔、夾持點(diǎn)都是固定的，無法實(shí)現(xiàn)柔性切換，從而導(dǎo)致總拼夾具生產(chǎn)能力低下，一般一套總拼夾具同一周期內(nèi)只能生產(chǎn)1種車型，無法滿足項(xiàng)目新產(chǎn)品快速研發(fā)的需求。因此針對以上的問題，通過研究、分析以及CATIA仿真模擬，汽研院設(shè)計(jì)、制造的白車身柔性試制總拼夾具，使試制總拼夾具不僅能兼容A0～C級平臺車型試制，并通過手動快速切換不同的夾具定位機(jī)構(gòu)，可在同一周期內(nèi)混線生產(chǎn)2個(gè)以上A0～C級平臺項(xiàng)目的白車身，實(shí)現(xiàn)試制總拼多車型混線生產(chǎn)。

1 白車身總拼焊接工藝分析

一般車型的白車身總成主要由下車體總成、左/右側(cè)圍總成、頂蓋前/后橫及頂蓋總成等主要車身總成零部件的組成。白車身總拼工位即白車身總成合拼焊接工位，該工位定位點(diǎn)操作包含兩道工序，第一道工序主要完成白車身的下車體總成、左/右側(cè)圍總成、頂蓋前/后橫梁的焊接；第二道工序主要完成上序合件和頂蓋總成的焊接（圖1為白車身總拼焊裝流程圖）。樣車試制過程中使用的總拼拼焊夾具不能像量產(chǎn)總拼夾具那樣細(xì)分工位，而是將2道工序集中在一套總拼夾具上完成。而傳統(tǒng)的總拼拼焊夾具往往是針對不同車型專門設(shè)計(jì)的，其特點(diǎn)是使用方便，但成本高、制造和調(diào)試周期長、使用效率低。

2 白車身試制柔性總拼夾具的研究與設(shè)計(jì)

白車身總拼夾具主要實(shí)現(xiàn)白車身產(chǎn)品的下車體總成、左/右側(cè)圍總成及頂蓋總成等主要車身總成零部件的組合焊接，是樣車焊裝試制的關(guān)鍵工藝裝備，其合裝的穩(wěn)定性直接影響白車身的質(zhì)量。而白車身試制夾具結(jié)構(gòu)和功能模塊較量產(chǎn)夾具簡單，夾具單元主要以手動為主和輔以部分氣動銷釘缸，左/右側(cè)圍總成和頂蓋總成主要采用手動快速夾鉗翻轉(zhuǎn)定位機(jī)構(gòu)，下車體總成主要采用銷釘缸氣動夾緊機(jī)構(gòu)。

白車身總拼試制夾具由左側(cè)圍夾具平臺、地板夾具平臺和右側(cè)圍夾具平臺三大部分組成。如圖2所示，左側(cè)圍夾具平臺由左側(cè)圍夾具基板、左側(cè)圍夾具支撐立柱及左側(cè)圍夾具單元構(gòu)成；地板夾具平臺由地板基板、地板夾具單元構(gòu)成；右側(cè)圍夾具平臺由右側(cè)圍夾具基板、右側(cè)圍夾具支撐立柱及右側(cè)圍夾具單元構(gòu)成。下車體總成通過銷釘缸裝夾在地板夾具平臺上，左右側(cè)圍夾具平臺帶動安裝在其上的左右側(cè)圍總成移動，與下車體總成組合，通過各夾具平臺的定位夾緊、焊接，完成車身組焊。

圖2

2.1 總拼夾具平臺柔性化設(shè)計(jì)

在汽車行業(yè)中，按車型的不同可分為A0級、A級、B級、C級，不同的車型有不同的車身尺寸，導(dǎo)致各個(gè)車型的A、B、C、D柱間距差別較大，傳統(tǒng)夾具平臺無法滿足跨平臺車型共平臺生產(chǎn)。為了提高總拼夾具平臺的兼容性，研究開發(fā)了跨平臺白車身試制柔性夾具平臺，實(shí)現(xiàn)A0～C級平臺車型的共平臺生產(chǎn)。

跨平臺白車身試制柔性夾具平臺設(shè)計(jì)思路具體如下：試制柔性夾具平臺，包括基板、導(dǎo)軌安裝臺、滑動臺導(dǎo)軌、滑動臺、立柱、第四根立柱的導(dǎo)軌、滑動臺定位銷座、滑動臺夾緊機(jī)構(gòu)、滑動臺限位機(jī)構(gòu)、立柱的柔性安裝定位孔、滑動臺定位銷座的柔性安裝孔、滑動臺定位銷、立柱加強(qiáng)肋板、連接板等。夾具平臺的導(dǎo)軌安裝臺可在基板的長度方向(X向)上平行移動，導(dǎo)軌安裝臺上布置有四根立柱（A,B,C,D立柱），A立柱的位置固定不變，B根、C立柱能沿長度方向上0-200mm范圍內(nèi)平行移動，D立柱能沿長度方向上0-500mm范圍內(nèi)平行移動，根據(jù)A0級、A級、B級、C級車型的A、B、C、D柱間距，調(diào)節(jié)導(dǎo)軌安裝臺和立柱的位置，使立柱處于車型的A、B、C、D柱的相對位置處，使白車身總拼試制夾具有很好的夾緊空間和焊接空間。在導(dǎo)軌安裝平臺上設(shè)置的柔性安裝定位孔，能實(shí)現(xiàn)滑動臺和立柱在車身寬度方向的移動，滿足車型不同寬度的兼容性。同時(shí)，立柱高度為1900mm，能適應(yīng)高度在1900mm范圍內(nèi)的車型試制共用，立柱頂部也布置有銷孔和定位孔，為高度上超過總拼夾具平臺的車型的夾緊單元布置作準(zhǔn)備。為保證白車身總拼柔性試制夾具平臺的強(qiáng)度和精度要求，導(dǎo)軌安裝臺設(shè)計(jì)為一體式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)軌安裝臺與基板的連接形式為整體式的，白車身總拼柔性試制夾具的基板厚度增加到55mm，立柱加強(qiáng)肋板長度貫通整個(gè)立柱的高度方向使平臺有很高的強(qiáng)度，滑動臺定位銷座、滑動臺夾緊機(jī)構(gòu)、滑動臺限位機(jī)構(gòu)使平臺有很高的精度。因此，白車身總拼柔性試制夾具平臺能適應(yīng)不同車型的試制過程，有高柔性和共用性，并可兼容A0～C級平臺車型共平臺生產(chǎn)。

圖3

2.2 總拼夾具定位機(jī)構(gòu)柔性化設(shè)計(jì)

總拼夾具定位機(jī)構(gòu)主要分為下車體定位機(jī)構(gòu)和左右側(cè)圍夾緊機(jī)構(gòu)兩部分。下車體定位機(jī)構(gòu)主要采用銷釘缸夾緊，不同車型的下車體總成定位孔孔徑大小一致，定位孔位置規(guī)定在一定的范圍內(nèi)，因此銷釘缸通過線性移動可以滿足不同車型共用。左右側(cè)圍夾緊機(jī)構(gòu)主要采用快速夾鉗鉸鏈機(jī)構(gòu)和支撐、壓塊定位夾緊，不同車型的側(cè)圍總成結(jié)構(gòu)相差較大，因此側(cè)圍的支撐、壓塊很難實(shí)現(xiàn)共用。綜合以上總拼夾具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)總拼多車型混線生產(chǎn)主要從下車體定位機(jī)構(gòu)和左右側(cè)圍夾緊機(jī)構(gòu)兩方面柔性化設(shè)計(jì)考慮。

2.2.1 下車體柔性定位機(jī)構(gòu)

下車體總成包括發(fā)動機(jī)艙總成、前地板總成和后地板總成，一般車型都是按照標(biāo)準(zhǔn)化、系列化原則設(shè)計(jì)的，但不同平臺的車型下車體總成定位基準(zhǔn)還是很難設(shè)計(jì)成完全一致，導(dǎo)致不同平臺車型無法共用下車體定位機(jī)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)不同平臺車型下車體定位機(jī)構(gòu)柔性共用，汽研院通過工藝分析，將不同平臺車型的下車體總成定位孔直徑、定位孔基準(zhǔn)以及定位孔空間位置等規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化（圖3所示），為下車體定位機(jī)構(gòu)柔性共用奠定基礎(chǔ)。根據(jù)下車體總成的諸多共同點(diǎn)及定位孔空間位置規(guī)律布置的特征，汽研院開發(fā)了一種下車體柔性定位機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)X(400mm)，Y(200mm)，Z(200mm)三個(gè)方向線性移動，能夠隨著車型變化在空間不同位置而進(jìn)行切換。在下車體總成夾具上根據(jù)定位孔數(shù)量和空間范圍進(jìn)行組合布置，滿足不同車型下車體總成的定位要求，從而實(shí)現(xiàn)混線生產(chǎn)。

圖4 下車體總成定位孔基準(zhǔn)及空間范圍

下車體柔性定位機(jī)構(gòu)工作原理：根據(jù)不同車型定位位置，設(shè)計(jì)、加工對應(yīng)的Y向、X向及Z向的限位機(jī)構(gòu)，并安裝到對應(yīng)平臺上，Y向、X向通過插銷保證平臺孔和限位機(jī)構(gòu)孔一致，根據(jù)不同車型定位位置選取對應(yīng)孔和插銷鎖止平臺，實(shí)現(xiàn)Y向、X向切換，Z向通過更換不同限位機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)Z向位置切換。下車體柔性定位機(jī)構(gòu)能夠隨著車型變化在空間不同位置而進(jìn)行切換，通過導(dǎo)軌滑移進(jìn)行精度傳遞，保證汽車焊裝夾具定位可靠性，能夠?qū)崿F(xiàn)多車型的柔性切換，從而提高汽車焊裝夾具的重復(fù)利用率；并且其結(jié)構(gòu)簡單、可靠、空間利用率高，具備較高重復(fù)定位精度，從而降低夾具導(dǎo)入成本，節(jié)約了資源。

圖5

2.2.2 左右側(cè)圍快速切換夾緊機(jī)構(gòu)

左右側(cè)圍總成是組成車身結(jié)構(gòu)的主要總成件，通常由側(cè)圍外板、側(cè)圍內(nèi)板、中柱加強(qiáng)件、門檻加強(qiáng)件、尾燈安裝支架、后輪罩等部分組成，在車身焊裝中零部件數(shù)量眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同的汽車類型，側(cè)圍結(jié)構(gòu)、RPS定位點(diǎn)存在較大差異，傳統(tǒng)的定位夾緊機(jī)構(gòu)只能對應(yīng)一款車型，無法滿足共線要求。通過對不同平臺車型結(jié)構(gòu)和定位夾緊機(jī)構(gòu)的分析、研究，汽研院開發(fā)了快速切換夾緊機(jī)構(gòu)，把傳統(tǒng)的定位機(jī)構(gòu)拆分為共用組件和定位組件，通過插拔塊把共用組件和定位組件配合連接。在A車型生產(chǎn)完，生產(chǎn)B車型時(shí)，只需把A車型的定位組件從插拔機(jī)構(gòu)中快速拔出來，然后把B車型的定位組件快速插進(jìn)插拔機(jī)構(gòu)中，通過這樣循環(huán)更換對應(yīng)車型的定位組件，可以滿足不同平臺車型混線生產(chǎn)。

圖6

快速插拔切換機(jī)構(gòu)工作原理：插拔柔性切換機(jī)構(gòu)包括連接角座、連接塊、蓋板和用于鎖緊定位滑塊的限位組件，連接角座上設(shè)有插孔，連接塊通過插孔和連接角座能相互插接或分離；限位組件設(shè)于連接角座上，能鎖緊或松開連接塊和連接角座之間的連接；限位組件包括彈簧按鈕、鎖緊螺栓和若干限位螺紋件，

連接塊的一端開有凹槽，在插接入連接角座插孔時(shí)彈簧按鈕扣入或脫出凹槽，約束或釋放滑塊在插孔軸線方向上的運(yùn)動。

3 小結(jié)

通過設(shè)計(jì)創(chuàng)新、機(jī)構(gòu)研發(fā)，開發(fā)柔性快速切換裝置并應(yīng)用在試制領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了 A0～C級多車型總拼混線生產(chǎn)，提高了試制白車身總拼的柔性能力，為公司解決了車型試制周期重疊的問題，避免了項(xiàng)目試制節(jié)點(diǎn)和項(xiàng)目進(jìn)度延遲，順利保證了項(xiàng)目的開發(fā)進(jìn)度。同時(shí)該技術(shù)已應(yīng)用于公司多款車型試制生產(chǎn)中，試制夾具工裝費(fèi)用比過往項(xiàng)目降低 30%以上；另外節(jié)省了6m×8m的工位占地空間，節(jié)省了6名操作工人，節(jié)省了一套樣車試制所需的配套鋼結(jié)構(gòu)及焊接系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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