白車身總拼定位系統(tǒng)探討

張凱強

（廣汽乘用車有限公司，廣州 511434）

1 白車身總拼線工藝流程簡介

焊裝車間生產(chǎn)的是整個汽車零部件的載體——白車身。白車身是以鋼制結(jié)構(gòu)件構(gòu)成的整車支撐部件，其制造成本約占汽車總成本的40%左右，焊接質(zhì)量優(yōu)劣對整車質(zhì)量起著決定性作用[1]。白車身總成由大地板總成（由前機艙、前地板、后地板等組成）、左/右側(cè)圍總成、頂蓋總成、四門兩蓋等構(gòu)成。裝配順序是大地板先裝，左/右側(cè)圍總成裝在大地板總成兩側(cè)，頂蓋總成裝在左/右側(cè)圍上部[2]，四門兩蓋則裝在白車身骨架的開口部。白車身總拼線則是形成白車身骨架的關(guān)鍵線體。圖1所示為廣乘一線焊裝車間車身總成總拼線體，主要工藝是將大地板總成、左右側(cè)圍分總成、頂蓋分總成等進行合裝焊接。此線體存在白車身接送、預(yù)裝、點定、增打、運輸?shù)裙に嚵鞒?。在這些工藝流程中，存在兩個關(guān)鍵工位，即05工位與09工位，為白車身骨架形成的最重要點定合拼工位。05工位為大地板總成與側(cè)圍合裝工位，主要依靠滑撬隨行夾具定位大地板骨架、GATE夾具定位車身側(cè)圍（目前GATE夾具定位白車身上部已廣泛應(yīng)用于各主機廠，精度穩(wěn)定可靠，是非常成熟的焊接工藝，本文不展開討論）；09工位為頂蓋與白車身骨架合裝工位，主要依靠抓手夾具對車身進行定位，底部仍是依靠滑橇定位?；俗鳛榭偲淳€體車身運輸及定位的主要方式，主要依靠自帶的隨行夾具對車身地板骨架進行定位，從而保證地板骨架與側(cè)圍的整體相對精度。而廣乘二線則采用固定NC對地板骨架進行定位。NC是一種柔性焊裝夾具，其采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的NC伺服單元作為通用化基干機構(gòu)結(jié)合傳統(tǒng)切換機構(gòu)實現(xiàn)焊裝的柔性化[3]。NC-LOCATOR這一柔性定位機構(gòu)以伺服電動機為驅(qū)動，定位精度為±0.1 mm，在各車型定位孔孔徑一致的情況下，只要在機構(gòu)的活動范圍內(nèi)，理論上可以實現(xiàn)對任意車型的定位[4]。

圖1 廣乘一線總拼工藝流程

滑橇隨行夾具與固定NC作為定位車身大地板骨架的兩種方式，對白車身整體精度起到至關(guān)重要的作用。兩者在維持車身精度穩(wěn)定性方面存在顯著差異，同時此兩種工藝在實踐使用中，亦存在諸多制約，需要根據(jù)實際情況進行優(yōu)選。

2 滑橇及NC定位車身精度穩(wěn)定性差異

廣乘一線總拼線體白車身運輸及定位的主要工具是滑橇。此種滑橇兼具運輸及定位功能，全線依靠滑橇在高速滾床上進行循環(huán)運轉(zhuǎn)，以此對白車身在各工位間進行轉(zhuǎn)運。同時滑橇自帶的隨行夾具對白車身底部進行定位，在總拼線點定工位，滑橇降落在基準(zhǔn)支撐塊上并與滾床定位銷配合，確?；猎诰€體中的整體位置度，以此來保證車身大地板骨架與側(cè)圍的整體相對精度。如圖2所示，滑橇隨行夾具有3組定位銷（如圖2中1、2、3、4、5、6）、1組支撐（如圖2中7、8），以此來定位車身大地板骨架，車身整體精度依賴于滑撬精度穩(wěn)定性。此線體16個滑撬循環(huán)運轉(zhuǎn)，每臺車身所對應(yīng)的滑橇不一樣，而每個滑橇的精度狀態(tài)也存在差異。生產(chǎn)時間越長、產(chǎn)量越大則滑橇磨損越大，產(chǎn)生的車身精度波動風(fēng)險就越大，設(shè)備維護保養(yǎng)、精度穩(wěn)定性維護成本就越高，車身不良品流出風(fēng)險亦越大。目前一線車身精度測量數(shù)據(jù)顯示，側(cè)圍主定位孔相對于地板主基準(zhǔn)精度波動約1 mm（±0.5 mm），車身總成精度波動2%左右；廣乘二線車身在總拼線主要依靠底部固定NC進行定位，全線依靠滑橇進行運輸，車身整體精度依賴于固定NC精度。目前二線車身精度測量數(shù)據(jù)顯示，側(cè)圍主定位孔相對于地板主基準(zhǔn)精度波動約0.5 mm（±0.25 mm），總成精度波動1%以內(nèi)。由此可見，在生產(chǎn)實踐中，現(xiàn)有滑橇定位方式精度穩(wěn)定性較差，而固定NC定位相對較好。

圖2 滑橇隨行夾具

3 總拼合車公差核算探討

如圖3所示，對廣乘一線總拼05大地板骨架與側(cè)圍合拼工位，在滑橇隨行夾具、GATE合拼夾具定位狀態(tài)下進行尺寸鏈核算。表1為尺寸鏈核算結(jié)果表，表中各尺寸環(huán)數(shù)據(jù)為理論設(shè)計數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計法和極值法。統(tǒng)計法：A0=(A12+A22+A32+A42+A52)1/2=±0.32 mm；極值法：A0=A1+A2+A3+A4+A5=±0.625 mm。表中A0為封閉環(huán)，為車身側(cè)圍與大地板骨架的整體相對精度。由上述尺寸鏈分析可知，白車身地板骨架精度由滑橇隨行夾具或者固定NC保證，車身側(cè)部則依靠GATE夾具定位。使用滑橇隨行夾具對底部進行定位，則需要考慮工作狀態(tài)下滑橇定位銷標(biāo)定精度、定位銷與車身配合精度及其與滾床的配合精度（表1中A1～A3）。在實際使用過程中，由于長期運載輸送，滑橇易受沖擊力作用，滑橇本體與滾床極易出現(xiàn)磨損、變形，滑橇定位銷標(biāo)定精度（表1中A2）及配合精度（滑橇定位銷與車身配合精度A1，滑橇本體與滾床配合精度A3）均會出現(xiàn)較大波動，各尺寸環(huán)實際偏差值會遠遠大于表中理論公差設(shè)計值。且不同的滑橇在使用一段時間后，磨損程度不一，精度狀態(tài)均會出現(xiàn)較大差異，需要定期對工作狀態(tài)下滑橇定位銷、支撐塊進行標(biāo)定維護。由于滑橇數(shù)量多（目前一線為16個），會耗費大量人力物力，給車身精度提升與維護增加極大困難。目前在實際生產(chǎn)中，滑橇相關(guān)精度標(biāo)定維護能力是每年一次（全部完成一個循環(huán)），而滑橇在使用半年后相關(guān)精度即會出現(xiàn)較大波動，A1增加到±0.2 mm，A2增加到±0.5 mm，A3增加到±0.4 mm，按照統(tǒng)計法對上述尺寸鏈進行核算，A0約為±0.7 mm，與前文側(cè)圍主基準(zhǔn)孔相對地板基準(zhǔn)波動1 mm（±0.5 mm）現(xiàn)狀基本一致。而對于固定NC定位方式，車身大地板骨架只需考慮NC本體精度（±0.1 mm），能夠大大縮短尺寸鏈（可減少表1框中A1～A3），且使用過程中精度波動風(fēng)險小，精度維護成本低，精度保證能力大大提升。由此可見，從車身精度保證能力角度分析，理論上固定NC定位遠遠優(yōu)于滑橇隨行夾具定位。

表1 尺寸鏈核算表（滑橇定位）

圖3 總拼合車尺寸鏈核算（滑橇定位）

4 總拼線常見定位、傳送方式對比

焊裝白車身制造的總拼自動化生產(chǎn)線工裝有兩種實現(xiàn)形式：1）白車身定位與輸送由同一工裝完成（即隨行夾具），如圖4、圖5所示，滑橇、往復(fù)桿在兼顧輸送白車身的同時，兩者所帶的隨行夾具則對車身地板骨架進行定位，此兩種方式造價成本均較低，但是定位精度穩(wěn)定性均較差。相較于滑橇輸送，往復(fù)桿輸送由于存在頻繁升降、往復(fù)等過程，其生產(chǎn)節(jié)拍、作業(yè)效率較傳送滑橇明顯偏低。2）白車身定位與輸送由不同的工裝分別完成，如圖6所示，車身輸送依靠小型傳送滑橇，大地板骨架定位則依靠底部的固定NC。固定NC不僅本體精度極高、生產(chǎn)損耗小，而且它能夠大大縮短精度保證尺寸鏈（見前文第3節(jié)分析），大大增強白車身精度保證能力。

圖4 滑橇隨行夾具

圖5 往復(fù)桿式隨行夾具

圖6 滑撬輸送夾具

表2 所示為目前國內(nèi)幾家主機廠焊裝車間總拼線體所使用的定位傳送系統(tǒng)。廣乘一線為“滑撬隨行夾具精定位+滑撬輸送”定位傳送方式，整體精度穩(wěn)定性較差、精度達成率偏低；廣汽豐田（三線）和東風(fēng)日產(chǎn)則采用“底部固定NC+傳送滑撬”定位傳送方式，整體精度穩(wěn)定性好、精度達成率高，但全線用NC成本偏高；廣汽三菱則采用“底部固定NC+往復(fù)桿傳送”，定位精度較高，但是往復(fù)桿傳送效率較低、節(jié)拍較慢。對比更多主流車企后可知，目前國內(nèi)廠家較多采用滑橇對車身進行傳送（具有傳送效率高的優(yōu)點），同時利用固定NC對車身地板骨架進行定位，以保證地板骨架與側(cè)圍整體的相對精度，此種工藝構(gòu)造兼顧了白車身傳送效率及精度穩(wěn)定，但是全線用NC投資成本會相對較高。在自動生產(chǎn)線實際投產(chǎn)中，工裝的選擇需要綜合考慮投資成本、傳送效率、生產(chǎn)工時、精度穩(wěn)定性、工藝約束等多種影響因素，從而選擇一種適合自己的定位傳送系統(tǒng)。

表2 國內(nèi)部分廠家總拼定位傳送方式

5 總拼線定位傳送系統(tǒng)優(yōu)化方案

在焊接生產(chǎn)過程中，需要確認(rèn)并消除焊裝工藝對總成精度的影響[5]。根據(jù)前文分析，滑橇及往復(fù)桿隨行夾具理論設(shè)計上定位符合要求，但是由于其在自動線生產(chǎn)流動下精度保證環(huán)節(jié)發(fā)生了變化、波動，導(dǎo)致車身整體精度產(chǎn)生了不良波動，造成不良品流出風(fēng)險。因此需要對總拼線定位傳送工藝進行優(yōu)化。如表3所示，優(yōu)選方案中總拼全線采用滑撬運輸，05、09點定工位采用固定NC對大地板骨架進行定位，保證車身精度；其它補焊增打工位可采用小滑撬進行定位，不升降，可提高有效作業(yè)時間。此種定位傳送系統(tǒng)在保證白車身精度穩(wěn)定性的同時，能夠兼顧車身線體傳送效率，有效節(jié)約投資成本。

表3 總拼定位系統(tǒng)推薦方案

6 結(jié)語

定位準(zhǔn)確是汽車白車身焊接質(zhì)量的基本保證[6]。焊裝總拼線體對保證白車身整體精度至關(guān)重要，如何在經(jīng)濟條件允許的情況下選擇一種適合本企業(yè)的定位傳送系統(tǒng)、最大限度提升車身精度穩(wěn)定性，這成為所有車身精度研究者的共同目標(biāo)。本文從車身總拼線合拼工藝出發(fā)，比較分析了滑橇定位系統(tǒng)及NC定位系統(tǒng)的優(yōu)缺點，結(jié)合尺寸鏈核算，給出了一種可行、高效、經(jīng)濟的定位方案，供相關(guān)同行參考。