白車身焊接線工裝設(shè)備設(shè)計(jì)維修性考慮

上海賽科利汽車模具技術(shù)應(yīng)用有限公司 上海 201209

自20世紀(jì)80年代末起，以用戶為中心的設(shè)計(jì)（User-Centered Design，UCD）成為一種新興的產(chǎn)品開發(fā)概念與方法[1]。維修性作為一種由設(shè)計(jì)決定的質(zhì)量特性，必須在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的論證與方案階段就予以注入，使維修性具有貫穿產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造全過程的指導(dǎo)意義[2]。維修性是表明裝備維修簡便、迅速和經(jīng)濟(jì)程度的特性，維修性的好壞關(guān)系著維修所需的人力、時(shí)間以及資源消耗[3]。在過往的產(chǎn)品維修性設(shè)計(jì)中，更多反映的是“設(shè)計(jì)者的聲音”，而非“用戶的需求”[4]，這樣容易導(dǎo)致設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品雖然具備使用功能，但可維修性不好。

任何一臺(tái)工裝設(shè)備，不可避免會(huì)出現(xiàn)故障，尤其是設(shè)備初期的調(diào)試以及后期隨著老化、磨損以及疲勞的逐步深入，出現(xiàn)故障的概率較高。一旦出現(xiàn)故障，需要第一時(shí)間進(jìn)行維修來排除故障。因此就要求我們?cè)诠ぱb設(shè)備設(shè)計(jì)階段，需將設(shè)備的可維修性充分考慮其中，它直接關(guān)系到生產(chǎn)效率。維修的便利性、維修成本以及維修安全性是白車身焊裝生產(chǎn)線工裝設(shè)備維修主要關(guān)注點(diǎn)。

工裝設(shè)備維護(hù)便利性考慮

維修的便利性與維修效率直接掛鉤，在工裝設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮。

1.焊裝夾具維修便利性

焊裝夾具是由加工件、外購件通過內(nèi)六角螺栓聯(lián)接在一塊，焊裝夾具在維修過程中，最常用的工具為內(nèi)六角扳手，如圖1所示。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)參考內(nèi)六角扳手規(guī)格，預(yù)留出內(nèi)六角螺栓的拆裝空間。根據(jù)內(nèi)六角扳手的基本尺寸，很容易看出圖2預(yù)留的維修空間小，扳手沒有操作空間，氣缸不能進(jìn)行直接拆卸，需要將限位塊和連接塊拆除后才能更換氣缸，影響備件更換效率。

圖1 內(nèi)六角扳手規(guī)格

工裝夾具的主要功能為定位、夾緊，以保證焊接過程中產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定，但在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，不能僅僅只考慮滿足基本功能，還需考慮現(xiàn)場(chǎng)工裝夾具調(diào)試的便利性，如圖3所示。由圖3看出，位于中間位置的兩個(gè)壓塊，其墊片調(diào)整十分不便，需要先將這兩個(gè)壓塊完全拆除，才能調(diào)整墊片；合理的設(shè)計(jì)，應(yīng)該只需將螺栓松動(dòng)，通過抽插墊片即可實(shí)現(xiàn)墊片的調(diào)整。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，這種不合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)規(guī)避。

圖2 內(nèi)六角扳手無維修空間

圖3 夾具設(shè)計(jì)忽略調(diào)試便利性

對(duì)于慣性較大的場(chǎng)合，如翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和滑臺(tái)機(jī)構(gòu)，巨大沖擊力對(duì)氣缸的活塞壽命影響很大，設(shè)計(jì)上需要增加緩沖器，減小沖擊力，延長氣缸的使用壽命。圖4是翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和滑臺(tái)機(jī)構(gòu)設(shè)置緩沖器的場(chǎng)合，在氣缸伸出和縮回的兩個(gè)極限位置分別安裝緩沖器。

圖4 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和滑臺(tái)機(jī)構(gòu)設(shè)置緩沖器

在工裝夾具設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)中，經(jīng)常使用到滑塊、軸承、滑軌等零件，這些活動(dòng)零件需要考慮潤滑，干摩擦非常影響使用壽命。因此在夾具設(shè)計(jì)過程中，需要預(yù)留出加油槍的操作空間，但有時(shí)因夾具定位需要或者避讓焊槍的需要，無法騰讓出加油槍操作空間，此時(shí)需要通過集油塊將加油嘴的位置引到空曠區(qū)域，以便加油槍注油，圖5為集油塊應(yīng)用實(shí)例?；_(tái)機(jī)構(gòu)中的滑塊位于安裝板下部，無法對(duì)其實(shí)施加油，利用集油塊將原滑塊的加油嘴引到集油塊上，將集油塊安裝的空曠位置方便加油。

圖5 集油塊應(yīng)用實(shí)例

夾具每使用一段時(shí)間，就需要標(biāo)定一次，才能長期保證定位精度。工裝夾具設(shè)計(jì)中，需要考慮三坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備安放位置，便于測(cè)量。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮所有基準(zhǔn)坐標(biāo)孔不被其他零部件遮擋，基準(zhǔn)坐標(biāo)孔應(yīng)盡可能涵蓋所有被測(cè)單元，基準(zhǔn)坐標(biāo)孔數(shù)量應(yīng)視工裝大小設(shè)定（至少3個(gè)），相鄰孔的間距控制在500～800mm。

在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，要給機(jī)加零件、氣路元件、電氣元件設(shè)定特定編號(hào)（見圖6），對(duì)于機(jī)加零件，直接在零件非加工面上打上零件鋼印號(hào)，氣管和電纜上綁上標(biāo)簽。一旦產(chǎn)線出現(xiàn)故障，可根據(jù)HMI顯示的故障代碼，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的特定編號(hào)，迅速找到發(fā)生問題的區(qū)域，提高問題診斷效率。

圖6 夾具上的特定編號(hào)

2.大型外購設(shè)備維修便利性

工藝設(shè)備中機(jī)器人、焊槍等大型外購設(shè)備的維修是車間非常關(guān)注的問題，對(duì)于這些設(shè)備的大修，常用的方法有三種：一是靠近圍欄并且周圍沒有阻礙物，可選擇用叉車鏟出來的方法；二是增加移除鋼結(jié)構(gòu)，用葫蘆將設(shè)備從空中吊出來；三是采購吊車將設(shè)備吊裝出來。這些大設(shè)備的維修更換方案在工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)階段必須考慮。

每臺(tái)機(jī)器人都應(yīng)預(yù)設(shè)維修位，當(dāng)機(jī)器人本體以及機(jī)器人攜帶的設(shè)備只是小修或簡單的故障排查，直接調(diào)用維修位程序，將機(jī)器人調(diào)至維修位就可以開展維修工作，無需專業(yè)維修人員通過操作機(jī)器人示教器將機(jī)器人緩慢移至合適維修位置。機(jī)器人設(shè)定維修位，提高維修效率。

對(duì)于維修空間受限的場(chǎng)合，需要預(yù)留足夠的維修空間。轉(zhuǎn)臺(tái)如圖7所示，對(duì)于外購轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)備，出現(xiàn)故障概率最高的就是電動(dòng)機(jī)，因此在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)臺(tái)工裝時(shí)需要為電動(dòng)機(jī)維修提供必要的維修空間，通常保證有至少400mm高度，以滿足維修需要。

圖7 轉(zhuǎn)臺(tái)電動(dòng)機(jī)維修空間

工裝設(shè)備維修成本考慮

定位銷、托壓塊是每臺(tái)夾具的定位零件、因與工件直接接觸，因此磨損會(huì)隨著時(shí)間推移而逐步加劇，達(dá)到一定期限，必須將其更換，才能保證夾具精度。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)定位銷、托壓塊的材料和表面熱處理進(jìn)行特殊規(guī)定，以保證其使用壽命。這些定位元件不能頻繁更換，因?yàn)槊看胃鼡Q都需要進(jìn)行標(biāo)定，確保更換前后定位精度一致，更換十分耗時(shí)，因此保證了這些定位元件的使用壽命，減小更換的頻率，從而節(jié)約定位零件更換成本。

氣缸是工裝夾具中最常用的也是提供動(dòng)力的原件，因此在進(jìn)行工裝夾具設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于氣缸的維修需充分進(jìn)行考慮。在手動(dòng)焊接工位，由于工人手持焊槍焊接過程中，操作不像自動(dòng)工位機(jī)器人一樣精準(zhǔn)，焊槍容易碰到氣缸感應(yīng)器和節(jié)流閥而導(dǎo)致?lián)p壞，所以需要對(duì)所有手動(dòng)工位的夾緊缸安裝氣缸保護(hù)罩（見圖8），起到保護(hù)感應(yīng)器和節(jié)流閥不被焊槍撞壞，從而減少氣缸備件的消耗。

圖8 手動(dòng)工位氣缸增加保護(hù)罩

在工裝夾具設(shè)計(jì)時(shí)，易損件盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件，如定位銷、限位塊，這些易損件隨著生產(chǎn)的進(jìn)行會(huì)逐漸磨損，當(dāng)磨損達(dá)到一定程度就需要更換，標(biāo)準(zhǔn)件具有互換性的特點(diǎn)，因此不需要專門進(jìn)行備件，只需從標(biāo)準(zhǔn)件備件中挑出直接使用。這樣不僅可以減少備件種類，而且還節(jié)約維修更換時(shí)間。由此可以看出，易損件使用標(biāo)準(zhǔn)件，可以節(jié)約維修成本。

焊接車間焊接飛濺無處不在，對(duì)于執(zhí)行元件裸露部位、螺栓及銷釘要給予保護(hù)，否則十分影響執(zhí)行元件性能和壽命以及螺釘和銷釘?shù)牟鹦?，如圖9所示。其中，圖9a對(duì)滑軌設(shè)計(jì)保護(hù)罩，圖9b對(duì)于氣缸活動(dòng)導(dǎo)桿部分設(shè)計(jì)保護(hù)罩，圖9c對(duì)螺栓和銷釘安裝防塵帽。采取這樣的防焊渣保護(hù)措施，可以有效節(jié)約維修成本。

在工裝設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，外購件選型需要優(yōu)先考慮線生產(chǎn)使用的外購件品牌型號(hào)，以減少備件采購，節(jié)約外購件備件采購成本。

圖9 防焊渣保護(hù)

工裝設(shè)備維修安全性考慮

維修時(shí)人員的安全性需要擺在最高位置，在工裝設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)需要予以足夠重視。在焊裝生產(chǎn)線規(guī)劃時(shí)，有時(shí)因場(chǎng)地緊張、機(jī)器人可達(dá)性等問題，有些工裝設(shè)備安裝在較高位置（見圖10），涂膠槍最低端距離地面高度為3m，維修人員站在地面無法對(duì)涂膠槍實(shí)施維修，此時(shí)需要設(shè)計(jì)一個(gè)周圍配有安全護(hù)欄的維修平臺(tái)，以供維修人員維修涂膠設(shè)備。此案例中，在涂膠過程中機(jī)器人與維修平臺(tái)的安全護(hù)欄干涉，安全護(hù)欄需要設(shè)計(jì)成活動(dòng)式的，在涂膠作業(yè)時(shí)安全護(hù)欄下降，機(jī)器人抓件正常涂膠，保證設(shè)備安全；在維修時(shí)安全護(hù)欄升起保護(hù)維修人員安全，防止墜落。

焊接生產(chǎn)線工裝設(shè)備設(shè)計(jì)中，常涉及到轉(zhuǎn)臺(tái)、轉(zhuǎn)轂、大型滑臺(tái)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，這些機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需配置安全維修插銷，在對(duì)這些機(jī)構(gòu)實(shí)施維修的過程中，確保設(shè)備絕對(duì)不能運(yùn)動(dòng)，以免造成維修人員的傷害，圖11為轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)配安全插銷設(shè)計(jì)案例。

圖10 涂膠槍維修案例

圖11 轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)配安全插銷

結(jié)語

白車身焊接生產(chǎn)線在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，需要充分考慮工裝設(shè)備的可維修性。維修時(shí)間越長，對(duì)產(chǎn)量影響越大，嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致整車停線，造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失。本文提出在工裝設(shè)備設(shè)計(jì)階段將可維修性考慮其中，即在設(shè)計(jì)階段就將維修便利性、維修成本及維修安全性考慮其中，目的就是為維修提供很好的基礎(chǔ)條件，以期節(jié)約維修成本，提高維修效率。