小型隨行工裝在車身車間的應(yīng)用

張振，祁玉新

（上汽通用汽車有限公司整車制造部，上海 201201）

關(guān)鍵字：分拼線；隨行工裝；系統(tǒng)組成

1 引言

隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展以及人們對(duì)汽車品質(zhì)追求的不斷提高，汽車設(shè)計(jì)形式的個(gè)性化與多元化成為必然的發(fā)展方向。整車廠為滿足不同消費(fèi)層級(jí)的多元化的市場需求就需要不斷進(jìn)行多平臺(tái)多車型的開發(fā)，以此來迎合消費(fèi)者的需求從而提高銷量占領(lǐng)市場。在當(dāng)前的市場背景下，提高車身車間分拼線的多車型柔性共線生產(chǎn)成為降低制造成本提高市場競爭力的一個(gè)重要因素。而車身車間生產(chǎn)線工裝的復(fù)雜性與特殊性有別于油漆車間與總裝車間，尤其是底板和側(cè)圍的分拼定位工裝由于涉及到不同產(chǎn)品造型導(dǎo)致定位基準(zhǔn)無法做到共用設(shè)計(jì)，導(dǎo)致分拼線體很難做到多平臺(tái)共線生產(chǎn)。

隨行工裝系統(tǒng)在車身車間的應(yīng)用給這個(gè)難題帶來一個(gè)良好的解決方案。顧名思義，隨行工裝就是工裝與傳統(tǒng)的機(jī)運(yùn)傳輸托盤集成在一起，零件在其上定位后保持匹配關(guān)系不變，工裝隨零件一起在工位間進(jìn)行傳輸?shù)囊环N特殊機(jī)運(yùn)形式。

大型隨行工裝主要應(yīng)用高節(jié)拍的整車廠車身車間的主線區(qū)域，具有高精度、高負(fù)載、高速傳輸?shù)忍攸c(diǎn)[1]。小型隨行工裝主要應(yīng)用于分拼線，由于使用工況的差異，相較于大型隨行工裝，具有同樣的高定位精度但負(fù)載能力變小，同時(shí)傳輸速度更快。

本文將基于小型隨行工裝特點(diǎn)，對(duì)其系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行介紹。

2 小型隨行工裝系統(tǒng)

典型的小型隨行工裝系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：隨行工裝、線體、存儲(chǔ)區(qū)。線體是隨行工裝系統(tǒng)的工作區(qū)域，相當(dāng)于傳統(tǒng)雪橇傳輸?shù)臐L床線體；存儲(chǔ)區(qū)一般布置在線體末端，負(fù)責(zé)儲(chǔ)存非工作車型的隨行工裝；而隨行工裝本體根據(jù)生產(chǎn)排產(chǎn)需求在線體與存儲(chǔ)區(qū)之間進(jìn)行上下線切換。三者之間的相對(duì)布局如圖1所示。

圖1 小型隨行工裝系統(tǒng)布局圖

2.1 隨行工裝線體

傳統(tǒng)雪橇及大型隨行工裝機(jī)運(yùn)主要用于主線區(qū)域，會(huì)跨越不同線體進(jìn)行傳遞，完成工藝之后通過二層機(jī)運(yùn)平臺(tái)返回至起始位置，在車身車間內(nèi)部形成一個(gè)大的循環(huán)。而不同于雪橇及大型隨行工裝，小型隨行工裝只應(yīng)用于分拼區(qū)域。不同的分拼在線體長度及隨行工裝定位形式上都有差異且一般都在線體內(nèi)部完成全部工藝，因此小型隨行工裝的線體都是雙層自循環(huán)框架結(jié)構(gòu)，詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 小型隨行工裝線體結(jié)構(gòu)圖

考慮到安全問題及人機(jī)工程問題，零件常規(guī)都是在隨行工裝線體線頭的升降機(jī)處于低位狀態(tài)時(shí)通過人工或者自動(dòng)的形式上料到隨行工裝上進(jìn)行定位，之后升降機(jī)上升并將隨行工裝傳遞到線體框架上層的工作工位來完成規(guī)劃的工藝。在線尾升降機(jī)處于高位時(shí)進(jìn)行零件下料與隨行工裝切換等工作，之后升降機(jī)下降將隨行工裝傳輸?shù)骄€體框架下層返回到線頭升降機(jī)完成一個(gè)完整的工作循環(huán)。

2.1.1 升降機(jī)

考慮到小型隨行工裝系統(tǒng)的負(fù)載一般不超過500KG，為了滿足上料可達(dá)性并提供更多的工藝可操作空間，升降機(jī)一般采用單側(cè)雙柱懸臂式升降機(jī)。升降機(jī)含升降驅(qū)動(dòng)單元、水平驅(qū)動(dòng)單元、與上層或者下層機(jī)運(yùn)對(duì)接的導(dǎo)軌及鎖定單元，并根據(jù)隨行工裝的運(yùn)行方向設(shè)置對(duì)應(yīng)的地面固定式防過沖硬限位單元以及升降單元配重塊的防墜落裝置。升降機(jī)示意圖如圖3所示。

圖3 升降機(jī)示意圖

2.1.2 驅(qū)動(dòng)單元

小型隨行工裝的驅(qū)動(dòng)單元采用伺服電機(jī)直接帶動(dòng)摩擦輪，摩擦輪驅(qū)動(dòng)摩擦桿，摩擦桿帶動(dòng)小型隨行工裝在導(dǎo)軌上前進(jìn)[2]。詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 小型隨行工裝驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)與主動(dòng)輪直連并固定在線體框架上，摩擦桿落在主動(dòng)輪與從動(dòng)輪之間，通過夾緊氣缸帶動(dòng)從動(dòng)輪夾緊摩擦桿來提供摩擦力，摩擦桿通過兩個(gè)主銷帶動(dòng)隨行工裝前進(jìn)。主銷與隨行工裝銷孔之間為間隙配合，只做動(dòng)力傳輸功能而不參與系統(tǒng)定位。

2.1.3 定位系統(tǒng)

小型隨行工裝的傳輸系統(tǒng)提供的定位精度不足以滿足工藝需求，因此在工作位置停止后仍需要額外的定位系統(tǒng)來提高零件與隨行工裝的整體位置度。

定位系統(tǒng)由6個(gè)高低向（U/D向）定位，2對(duì)左右向（C/C向）定位以及1個(gè)前后向（F/A向）定位組成，定位精度達(dá)到±0.1mm。定位系統(tǒng)分解如圖5所示。

圖5 小型隨行工裝定位系統(tǒng)示意圖

為保證定位精度，隨行工裝在進(jìn)入工作位進(jìn)行定位時(shí)會(huì)將導(dǎo)輪與導(dǎo)軌脫離。為了減少傳輸與定位的時(shí)間，小型隨行工裝系統(tǒng)并未采用升降式脫離方式，而是通過隨行工裝本體在減速過程中的沖量沖上工位側(cè)高于導(dǎo)軌的U/D向定位輪進(jìn)行定位，C/C向定位通過2對(duì)定位輪對(duì)隨行工裝本體的位置進(jìn)行糾正。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠保證隨行工裝本體停止運(yùn)動(dòng)后前后向定位精度達(dá)到±0.5mm左右，之后通過工位側(cè)F/A向夾頭將位置修正到±0.1mm。

2.2 存儲(chǔ)區(qū)

由于隨行工裝系統(tǒng)把機(jī)運(yùn)傳輸托盤與專用工裝結(jié)合在一起，當(dāng)共用生產(chǎn)線上增加無法共用當(dāng)前現(xiàn)有工裝的產(chǎn)品時(shí)就需要新引入一種全新的隨行工裝本體，且共線生產(chǎn)的產(chǎn)品越多需求的隨行工裝本體數(shù)量越多。這導(dǎo)致隨行工裝本體的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過線體上能夠容納的能力，這些多出的隨行工裝就需要進(jìn)入專用的存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行存儲(chǔ)。

存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)需要包含切換單元、存儲(chǔ)單元及上下線單元等必備組件，并根據(jù)隨行工裝的車型切換方式按需設(shè)置在線標(biāo)定單元?？紤]到線旁空間、設(shè)備可達(dá)性以及后續(xù)擴(kuò)展性等不同因素，存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的存儲(chǔ)方式可以采用地面平鋪、階梯式錯(cuò)位布置、多層存儲(chǔ)或組合應(yīng)用等多種方式。存儲(chǔ)方式示意圖如圖6所示。

圖6 小型隨行工裝存儲(chǔ)方式示意圖

無論采用何種存儲(chǔ)方式，每個(gè)存儲(chǔ)位上都需要有定位機(jī)構(gòu)、車型識(shí)別及隨行工裝在位識(shí)別等基本配置，方便車型切換時(shí)能夠正確抓取待切換隨行工裝并將切換下的隨行工裝放入空的存儲(chǔ)位。

2.3 隨行工裝本體

小型隨行工裝的本體由上部零件定位工裝與底部框架兩部分組成。

零件定位工裝與傳統(tǒng)固定式工裝概念相同，隨行工裝底部框架結(jié)構(gòu)如圖7所示。

底部框架上包含與線體導(dǎo)軌對(duì)應(yīng)的滾輪，與框架上定位系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的定位塊，與線體控制模塊進(jìn)行通訊的傳感器等內(nèi)容。

單一車型的小型隨行工裝本體的數(shù)量可以由公式 1確定，在現(xiàn)有系統(tǒng)中引入新的隨行工裝所增加的數(shù)量則取決于該車型的產(chǎn)能規(guī)劃及工廠的生產(chǎn)模式。

式中：

A為隨行工裝總數(shù)，結(jié)果向上取整；

X為線體工位數(shù)量（包含升降機(jī)）；

Y為工位節(jié)拍。

如文中圖1所示典型小型隨行工裝線體工位數(shù)為5個(gè)，生產(chǎn)節(jié)拍為60秒，則總需求隨行工裝數(shù)量為A=5+5.5*（5-1）/60+1=6.37，向上取整為7個(gè)。

圖7 小型隨行工裝框架結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié)束語

通過上述介紹可知，小型隨行工裝系統(tǒng)采用特殊的驅(qū)動(dòng)單元與定位單元可將整體機(jī)運(yùn)傳輸時(shí)間降低到 5～6秒[3]，在產(chǎn)能規(guī)劃為40JPH的工廠與傳統(tǒng)分拼線采用的機(jī)器人搬運(yùn)相比，工位實(shí)際利用率提升10%，并且工廠產(chǎn)能規(guī)劃越高提升比例越顯著。工位利用率提升可以直接節(jié)約大量機(jī)器人、焊接、涂膠等設(shè)備投資。

在引入新產(chǎn)品時(shí)可以離線制作標(biāo)定好隨行工裝本體后直接導(dǎo)入現(xiàn)有系統(tǒng)，無需額外停產(chǎn)改造時(shí)間，大大減少新產(chǎn)品引入造成的產(chǎn)能損失。同時(shí)這種工裝切換方式能夠最大化利用生產(chǎn)設(shè)備，減少分拼線數(shù)量，為多車型共線生產(chǎn)降低生產(chǎn)投資成本提供有力保證。