汽车制造中柔性焊接与装配技术的研究

王彬

摘要:汽车工业正朝着环保、低碳、节能、安全、舒适、车身轻量化的方向发展。高强度钢在汽车车身中的应用比例不断提高;铝合金等新材料已应用于高端车身;中频点焊、激光焊接等焊接工艺得到了广泛的应用;自动柔性焊接装配线的生产已成为汽车车身焊接的主流趋势，基于此，本文主要对汽车制造中柔性焊接与装配技术进行分析探讨。

关键词：汽车制造；柔性焊接；装配技术

1汽车自动化柔性焊装线技术必要性和优势

目前汽车工厂生产现状的总体趋势是:多车型并行，小批量生产增加，产品生命周期缩短，生产线建设周期缩短，机器人逐渐取代人工，智能信息订单生产增加等。急需解决的需求和矛盾:工业用地资源短缺，焊接生产车间已建成固化，现有车间已不能满足日益增长的车型需求。例如,焊接生产线的生产能力的热销车不能满足订单的需求,有太多的人工焊接,有大量的机器人、焊接设备和其他资源闲置和浪费在一个自动与其他一些订单;后续车型将继续投入生产，相应的工装和焊接设备不断投入，单车车型产量小，设备和生产线利用率极低。因此，有必要建立一条高自动化、高柔性、高生产能力的汽车车身焊接生产线，可分阶段生产多车混合线，以满足当前及后续多车型的生产需求。其优点如下:

1.1设备及产线利用率高降低后续重复性投入

随着汽车行业竞争的加剧和客户需求的提高，车型需要不断更新换代。焊接线从单一的大批量生产模式转变为多品种批量柔性生产模式。生产线面积集中，空间利用率提高。通过采用自动柔性线，可以利用普通设备实现一次性输入。能有效避免设备重复投资造成的资源浪费，提高设备的重复利用率。唯一的缺点是初期投资成本很高。

1.2焊接质量及焊接精准度提高

焊接工程规模以及工程的复杂性在不断发展，进而对焊接质量提出了较为严格的要求。^[1]柔性生产线的应用，大大提高了汽车焊接质量和焊接效率，降低了焊接成本，故障率降低。焊接自动化技术具有焊接精度高、机器人工作灵活等特点，是实现高速高效的自动焊接生产效率的保证。

1.3生产效率稳定和高效及对外部环境适应性强

全自动化控制对于生产节拍的控制是相对稳定的，受外界干扰而停止的几率较小，一定程度上提高生产效率的稳定性。机器人在柔性线的应用能够促进汽车焊接工艺水平的提升，提高生产效率的同时，对工作环境没有很高的要求，即使在高辐射、强烟的恶劣环境下，也能保证焊接生产的连续顺利进行。

2汽车自动化柔性焊装线技术工艺规划要求

2.1白车身结构的组成

根据车身结构的构成，分为下身、上身和开闭部分。所述下部的发动机舱总成、前地板总成和后地板总成;上半部的左右侧壁组件、上盖组件、搁板组件和后面板组件;开启和关闭部分分为四个门和两个阀盖组件。这些组件可用于自动柔性焊接生产线的规划。

2.2规划自动化柔性焊装线要点

（1）车身的平台化水平和工艺性分析等；

（2）车身生产形式、量纲节拍要求、安全环保要求、成本与质量等；

（3）焊接车间的结构、空间布局及变化比例;

（4）焊接线自动化程度、物流运输方式、柔性方式等;

（5）设计工艺布局考虑拓展及预留。

3自动化柔性焊装线项目形式选择及布局

自动化柔性焊接生产线技术说明:特种设备将采用模块化、标准化、可切换、可存储，尽可能提高机器人焊接机等通用设备的利用率。多型柔性焊接线的柔性能力体现在下身三个装配工位、下身/主体柔性自动线和装配装配主焊接工位柔性生产方式的规划上。

3.1下车身三大总成新建自动化柔性焊装工作站

三个下身组件(机舱总成、前层、后层)的定位站规划通过夹具存储方式的切换，实现整车的灵活切换^[2](如图1所示)。

图1

3.1.1.工艺流程

（1）人工在总成10上件完成，夹具进入转台，与装配10B焊接的夹具旋转180度，装配10B机器人开始点焊;

(2)左侧前七轴抓取装配10a上的产品放入装配20中，空夹具返回装配10上部;

焊接完成后，左侧第二7轴将装配20上的产品抓取并放入装配位置30a，夹具滑出。手动加载完成后，夹具进入转台，与装配30b焊接的夹具旋转180度，装配30b机器人开始点焊;

4. 左侧第三个七轴抓斗组件30b，放入组件40进行额外焊接。将总成40独立焊接运输到下身主焊接工位。

3.1.2.优点

(1)手动装车与机器人焊接分离，实现装车与焊接同步，减少等待，提高机器人等通用设备的利用率，提高生产节奏;

（2）存储在同一侧，厂房占地集中，可实现多车型柔性生产；

（3）在后期，只需要特殊的模具，以降低投资成本。

3.1.3与前期开发侧围斜立转台自动化线对比

由于焊接夹具固定在倾斜的转盘上，自动线只能在机器人的另一侧增加一辆车辆。该线的利用率很低，可扩展性差，且后期车型改造的投资较多，已不适合目前的焊接线规划。

3.2下车身/主车身自动化柔性焊装线技术说明

（1）辊床+台车及考虑台车存储柔性生产线解决方案。

（2）方案优势:生产节奏快，待产车型多，设备利用率高，后期改造难度小，后续新车型引进周期短。下面的表显示了新建的自动之间的比较灵活的焊接线和普通自动焊接线:新的自动灵活混合线解决通用设备利用率低的问题,又占领工厂土地，还有将车辆模型添加到原来的自动线的困难。^[2]结论:自动柔性焊接生产线是满足多车型生产需求最合适的解决方案。

类别	新建自动化柔性混线	某S自动线	某C自动线
平台	8个平台	2个平台	1个平台
车身输送形式	辊床+台车	辊床+台车	辊床+滑撬
下车身	S种	3种	1种
左右侧围总成	S种	2种	1种
机舱/前后地板线	S种	2种	1种
夹具储存形式	柔性存储	部分预留	专线
节拍	60S/辆	87S/辆	130S/辆

表1

3.3小总成分拼柔性焊接工作站应用

对于小部件装配，操作简单，操作时间低。该夹具通常用于手工焊接。然而，随着车型规划的不断增加，车型的生产需要大量的工装设备和焊接桁架的投入，导致焊接车间夹具的积累。但是，不会同时生产所有型号，造成现场资源和焊接设备的巨大浪费。通过自动化柔性设计，实现了不同车型小总成的柔性生产，提高了焊接设备的利用率，减少了车间的占用面积，减少了人工生产线的人员输入。

工艺流程:A10小夹具完成零件，机器人对两侧点焊，此时B10取件进料架，继续夹紧，A10小夹具焊接完成，机器人焊接。

接B10，A/B侧对应如此循环。优点如下：

（1）焊接区域集中：切换需求车型入小夹具位，其它车型夹具入存储位。

（2）生产节拍较高：节拍可达45JPH。

（3）设备利用率高：机器人一直在来回焊接，工作效率可达96%。

4结语

综上所述，随着汽车制造业的快速发展，构建多型号、高柔性的自动化焊接生产线将成为必然趋势。模块化、标准化柔性焊接生产线技术是提高生产效率、缩短产品开发周期、降低企业投资成本、提高车身焊接质量的最有效方法，已广泛应用于焊接领域。同时,继续增加其实际应用研究,加强自动焊接技术的不断创新,自动化设备和应用范围,充分发挥工程的价值自动焊接工艺,提高焊接质量和安全、标准化和模块化的灵活的解决方案,自动化机制,实现车身制造的高灵活性和低成本，以提高企业的核心竞争力。

参考文献

[1]罗琪，李龙，张强.汽车总焊柔性生产线系统优化的研究[J].工程建设与设计，2018（增刊）：132–135.

[2]谢宁，覃鑫.多品种柔性焊装线工艺规划研究[J].装备制造技术，2016（7）：128–130.