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N1车侧围总成装焊拼台设计
时间: 2015-10-10 来源: 未知 作者: 上汽通用五菱汽车公司 巫小凤点击:
摘要：侧围总成装焊线是上汽通用五菱汽车股份有限公司自行设计、制造的集机、电、液为一体的自动化程度较高的装焊线。本文着重从方面对侧围总成装焊拼台的设计作介绍。
关键词：侧围总成； 装焊拼台；设计
前言
N1车是上汽通用五菱汽车股份有限公司自行设计开发、符合国家安全、环保法规的新产品，为使新产品能尽快地上规模，公司决定，利用现代技术进行设备改造，自行设计制造一条具有国内较先进水平的装焊生产线，用于N1车装焊生产。N1车装焊线的设计吸取了国外先进的装焊线技术，采用了先进的升降系统和水平输送机系统结构作为成线主体，采用计算机控制系统现场总线控制，利用自动上、下线装置来完成主要部件总成的自动输送，进行装配定位和焊接，使该线成为国内具有较先进水平的焊装线。汽车侧围总成是汽车车身制造的关键部位，它的制造质量直接影响到汽车的外观和性能。下面就侧围总成装焊拼台的设计制造进行详细介绍。
1装焊拼台的概况
侧围总成焊合拼台年生产纲领6 万辆，用于焊接侧围外板总成、A 柱上内板、前侧上边梁内板、B 柱内板合件、后侧围上内板总成、后轮罩外板、缓冲凹块等7 个零部件，确保焊接后形成的侧围总成符合产品的尺寸精度要求，使侧围总成具有良好的互换性和美观性，从而保证整车的外形质量。
侧围总成焊合拼台如图1 所示，该拼台长3128m ，宽1161m ，高1137m。夹具共采用31 个定位夹紧点。侧围总成焊合拼台的焊接夹具、输送机构、升降系统之间动作顺序如下： 输送机构的传动皮带将侧围外板总成运至本拼台的上方→升降系统气缸收缩，系统下降→侧围外板总成进入夹具中自动定位→将A 柱上内板、前侧上边梁内板、B 柱内板合件、后侧围上内板总成、后轮罩外板、缓冲凹块等零部件依次装入相应的位置，并用手动夹紧器将工件夹紧→准确定位、夹紧后发出信号→气动夹具分别自动夹紧→焊接→焊接结束，给夹具发出信号→气动夹具分别自动松开，回到原位待料处→将手动夹紧器打开回到原位待料处→升降系统上升，工件被托起→传动皮带将工件运至补焊拼台，完成一次工作循环。上述动作均是按预先编制的程序由可编程序控制器(PLC) 控制完成，构成工序自动循环。装焊拼台的定位夹紧、输送机构、升降系统、焊接装置之间动作的匹配和互锁靠电气、液压、气动控制。
由此不难看出，该装焊拼台集机、电、液为一体，成功实现了工件的自动上件、自动定位夹紧、自动控制循环，操作方便。
2焊接夹具设计
焊接夹具设计难度大，不但必须实现准确定位、精确组装等功能，而且还要考虑给输送机构及升降系统留有足够的安装空间和运动空间，彼此不能干涉，以实现夹具功能。
2.1夹具设计方案
在设计方案中，首先确定夹具的设计基准。根据基准统一原则，夹具的设计基准和车身的装配基准应尽量与车身的设计基准保持一致，这对减少积累误差，保证装焊质量非常重要，因此，侧围总成夹具的设计、制造、安装以及测量基准与车身的设计基准保持一致。其次，根据作业高度，我们确定夹具底板高度为1115BL。最后，根据零部件的空间形状、组合关系、装焊顺序以及焊点布置，确定夹具安放位置和大致结构，如图2 所示。各定位夹紧单元的夹紧机构不同，其中B11、B14 采用手动夹紧方式夹紧，B02、B05、B06、B08、B09、B26、B27、B28、B30 采用手动夹紧和气动夹紧两种方式夹紧，其余采用气动夹紧方式夹紧。
2.2夹具的结构设计
由于汽车车身形状复杂、刚性差、易变形，因此，侧围总成的装焊夹具在结构上主要有如下特点：
a、夹具定位面的形状复杂、精度要求高、设计制造难度大。因为车身件大多数是空间曲面，而夹具定位元件的工作表面必须与车身相应的定位表面形状保持一致。在夹具中定位的形面是取车身各重要的部位的断面，因此夹具定位元件的工作表面只有用仿形或数控设备加工，才能使其获得准确的形状。
b、夹具结构应具有使工人操作方便、容易焊接、工件装卸方便等特点； 同时又要防止各相邻夹具之间以及夹具与工件之间发生干涉。
c、由于车身外形尺寸大，定位元件由多个定位板构成车身表面的空间形形状，夹具的装配、调整工作量大。
根据上述特点及实践经验，侧围总成夹具的定位夹紧单元基本结构由定位板连接板、定位块、调整垫片、压板、定位销、夹紧机构等组成。夹紧机构主要是采用手动夹紧和气动夹紧两种，其选择与方案一致。在夹具的结构设计时，我们应用U G三维软件进行设计，U G 软件具有强大的曲面造型功能和实体造型功能。下面以夹具定位夹紧单元B24 的设计为例进行详细介绍。
夹具B24的作用是保证在焊接时将侧围外板总成准确定位，使侧围外板总成能与其它零件按设计要求被定位和夹紧。根据其作用及结构分析，夹具B24由支基、定位板、压板、定位销、导向件、气缸构成，其中支基、导向件选用的是通用件，气缸是外购件，设计夹具时，根据定位要求仅设计定位板、压板和定位销即可。2.2.1定位板的设计
由于车身冲压件外形复杂，在装焊过程中与定位板的定位面相接触，这就决定了定位面形状复杂，尺寸精度要求较高。为了使元件的制造、调整和维修方便，将定位板设计成分离式结构，如图3 所示，定位块Ⅱ固定在定位块Ⅰ上，定位块Ⅰ固定在连接板上，通过调整垫片数量的增减来调整定位块Ⅰ和定位块Ⅱ的位置。定位块Ⅰ与连接板之间的连接方式采用孔销定位、螺栓连接，通过销的位置精度(±0102mm ) 来保证定位板的定位精度。由于定位块的定位面取决于与其相接触的前侧围外板的形面，因此在设计定位块时，需要用前侧围外板的U G 数模，将所需的形面用Wave Geometry Linker 链接到定位块的UG 数模图中，使定位块与工件建立了相互关系。根据定位面的外形用Sketch和Extruded 作出定位块的实体，用Trimbody 将定位块的实体与所链接的形面相切，所得到定位块的定位形面与与其相接触的形面数模完全相吻合。在制造过程中为保证定位面的形状、尺寸精度，需用数控加工定位面。
连接板的作用是安装定位块、压板和导向件，根据定位块的形状以及支基和压板的安装位置，用Sketch和Extruded 作出连接板的实体，用Hole打各特征孔，即可得到连接板的数模。
2.2.2压板的设计
压板与工件接触部分的形状也是由工件的形面决定的。在设计过程中，要充分考虑压板打开状态的角度，应便于焊件的装卸和工人的操作，也不能与相邻夹具之间干涉。夹具B24采用气动夹紧机构，夹紧件的结构设计采用一节销形式。在设计压板时，将所需的前侧围外板形面数模用Wave Geometry Linker链接到压板的UG数模图中，使压板与工件建立了相互关系，根据定位面的外形作出压板的实体，将压板的实体与所链接的形面相切，所得到压板的定位形面与与其相接触的形面数模完全相吻合，用Hole打各特征孔，即可得到压板的数模，如图4 所示，通过连接销轴的位置精度(±0.1) 和尺寸加工精度(.dH7) 来保证压板的工作精度。2.2.3定位销的设计
根据工件的形状及其定位孔的位置，因定位销的位置与定位基准面不一致，需设计一个固定支架将销固定在定位板上，结构如图5。定位销的直径的大小略小于工件上的孔径，其位置精度为±0.1mm ，尺寸公差为0～-0.1mm。在设计固定支架时，根据已知的定位板与定位孔间的距离，做出固定支架实体，用Hole 打各特征孔，即可得到固定支架的数模。在设计定位销时，根据已知定位孔的直径，用Sketch 和Ex2truded 作出的定位销实体，即可得到定位销的数模。2.2.4部件装配
当一套夹具的各个零件的UG数模都已建好，需将其装配，组成一套完整的夹具。UG软件提供了丰富的装配功能，零件的装配条件可根据零件间配合关系确定，如同轴(ALIGN)，共面(MATE)，距离(DISTANCE)，中心(CENTER)，角度(ANGEL)，垂直(PERPENTICULAR)，相切(TANGENT)。装配后，使用Motion功能进行运动分析，图6 为装配完毕的夹具定位单元B243输送机构
侧围总成装焊线的输送机构采用同步带传动，主要由减速电机组件、万向传动轴、同步带、支架、同步带轮及滚轮组件等构成，如图7 所示。用减速电机来驱动同步带，用万向传动轴将两边的同步带轮连接，使两边输送带的运动同步，同时，工件由两边同步带输送，可以防止其滑动的现象。该机构具有结构简单、紧凑，传动平稳，传动比准确，造价低廉，不需要润滑和缓冲吸振等特点，能保证工件的同步输送。4 升降系统
该线的升降装置采用剪刀式，如图8 所示，由双向气缸、连杆、升降臂、支座等部分组成，用双向气缸推动连杆使交叉臂上、下运动，可将输送装置抬升600mm。该系统结构简单，有足够的强度和刚度，能保证工件的同步升起、落下，无冲击。
5结论
通过以上侧围总成装焊拼台的设计及分析，可得出以下几点经验和结论。
第一、拼台的自动化程度较高，能自动定位、夹紧，自动装卸零件，提高了生产率。
第二、利用U G三维软件进行装焊夹具设计，根据装焊夹具结构的共性将其标准化，建立公用的系列数据库，在具体设计中根据结构形式合理选用，并依据冲压件断面形状确定定位面及夹紧面的加工数据，使设计和制造过程大大简化。
第三、虽然该装焊线采用了较先进的技术，但同国际先进水平比较，也还存在不足的方面，例如自动化焊接、自动控制等方面的运用，这些都需要我们努力地学习和进一步提高，以期赶上世界先进水平。
关键词：侧围总成； 装焊拼台；设计
前言
N1车是上汽通用五菱汽车股份有限公司自行设计开发、符合国家安全、环保法规的新产品，为使新产品能尽快地上规模，公司决定，利用现代技术进行设备改造，自行设计制造一条具有国内较先进水平的装焊生产线，用于N1车装焊生产。N1车装焊线的设计吸取了国外先进的装焊线技术，采用了先进的升降系统和水平输送机系统结构作为成线主体，采用计算机控制系统现场总线控制，利用自动上、下线装置来完成主要部件总成的自动输送，进行装配定位和焊接，使该线成为国内具有较先进水平的焊装线。汽车侧围总成是汽车车身制造的关键部位，它的制造质量直接影响到汽车的外观和性能。下面就侧围总成装焊拼台的设计制造进行详细介绍。
1装焊拼台的概况
侧围总成焊合拼台年生产纲领6 万辆，用于焊接侧围外板总成、A 柱上内板、前侧上边梁内板、B 柱内板合件、后侧围上内板总成、后轮罩外板、缓冲凹块等7 个零部件，确保焊接后形成的侧围总成符合产品的尺寸精度要求，使侧围总成具有良好的互换性和美观性，从而保证整车的外形质量。
侧围总成焊合拼台如图1 所示，该拼台长3128m ，宽1161m ，高1137m。夹具共采用31 个定位夹紧点。侧围总成焊合拼台的焊接夹具、输送机构、升降系统之间动作顺序如下： 输送机构的传动皮带将侧围外板总成运至本拼台的上方→升降系统气缸收缩，系统下降→侧围外板总成进入夹具中自动定位→将A 柱上内板、前侧上边梁内板、B 柱内板合件、后侧围上内板总成、后轮罩外板、缓冲凹块等零部件依次装入相应的位置，并用手动夹紧器将工件夹紧→准确定位、夹紧后发出信号→气动夹具分别自动夹紧→焊接→焊接结束，给夹具发出信号→气动夹具分别自动松开，回到原位待料处→将手动夹紧器打开回到原位待料处→升降系统上升，工件被托起→传动皮带将工件运至补焊拼台，完成一次工作循环。上述动作均是按预先编制的程序由可编程序控制器(PLC) 控制完成，构成工序自动循环。装焊拼台的定位夹紧、输送机构、升降系统、焊接装置之间动作的匹配和互锁靠电气、液压、气动控制。
由此不难看出，该装焊拼台集机、电、液为一体，成功实现了工件的自动上件、自动定位夹紧、自动控制循环，操作方便。
2焊接夹具设计
焊接夹具设计难度大，不但必须实现准确定位、精确组装等功能，而且还要考虑给输送机构及升降系统留有足够的安装空间和运动空间，彼此不能干涉，以实现夹具功能。
2.1夹具设计方案
在设计方案中，首先确定夹具的设计基准。根据基准统一原则，夹具的设计基准和车身的装配基准应尽量与车身的设计基准保持一致，这对减少积累误差，保证装焊质量非常重要，因此，侧围总成夹具的设计、制造、安装以及测量基准与车身的设计基准保持一致。其次，根据作业高度，我们确定夹具底板高度为1115BL。最后，根据零部件的空间形状、组合关系、装焊顺序以及焊点布置，确定夹具安放位置和大致结构，如图2 所示。各定位夹紧单元的夹紧机构不同，其中B11、B14 采用手动夹紧方式夹紧，B02、B05、B06、B08、B09、B26、B27、B28、B30 采用手动夹紧和气动夹紧两种方式夹紧，其余采用气动夹紧方式夹紧。
2.2夹具的结构设计
由于汽车车身形状复杂、刚性差、易变形，因此，侧围总成的装焊夹具在结构上主要有如下特点：
a、夹具定位面的形状复杂、精度要求高、设计制造难度大。因为车身件大多数是空间曲面，而夹具定位元件的工作表面必须与车身相应的定位表面形状保持一致。在夹具中定位的形面是取车身各重要的部位的断面，因此夹具定位元件的工作表面只有用仿形或数控设备加工，才能使其获得准确的形状。
b、夹具结构应具有使工人操作方便、容易焊接、工件装卸方便等特点； 同时又要防止各相邻夹具之间以及夹具与工件之间发生干涉。
c、由于车身外形尺寸大，定位元件由多个定位板构成车身表面的空间形形状，夹具的装配、调整工作量大。
根据上述特点及实践经验，侧围总成夹具的定位夹紧单元基本结构由定位板连接板、定位块、调整垫片、压板、定位销、夹紧机构等组成。夹紧机构主要是采用手动夹紧和气动夹紧两种，其选择与方案一致。在夹具的结构设计时，我们应用U G三维软件进行设计，U G 软件具有强大的曲面造型功能和实体造型功能。下面以夹具定位夹紧单元B24 的设计为例进行详细介绍。
夹具B24的作用是保证在焊接时将侧围外板总成准确定位，使侧围外板总成能与其它零件按设计要求被定位和夹紧。根据其作用及结构分析，夹具B24由支基、定位板、压板、定位销、导向件、气缸构成，其中支基、导向件选用的是通用件，气缸是外购件，设计夹具时，根据定位要求仅设计定位板、压板和定位销即可。2.2.1定位板的设计
由于车身冲压件外形复杂，在装焊过程中与定位板的定位面相接触，这就决定了定位面形状复杂，尺寸精度要求较高。为了使元件的制造、调整和维修方便，将定位板设计成分离式结构，如图3 所示，定位块Ⅱ固定在定位块Ⅰ上，定位块Ⅰ固定在连接板上，通过调整垫片数量的增减来调整定位块Ⅰ和定位块Ⅱ的位置。定位块Ⅰ与连接板之间的连接方式采用孔销定位、螺栓连接，通过销的位置精度(±0102mm ) 来保证定位板的定位精度。由于定位块的定位面取决于与其相接触的前侧围外板的形面，因此在设计定位块时，需要用前侧围外板的U G 数模，将所需的形面用Wave Geometry Linker 链接到定位块的UG 数模图中，使定位块与工件建立了相互关系。根据定位面的外形用Sketch和Extruded 作出定位块的实体，用Trimbody 将定位块的实体与所链接的形面相切，所得到定位块的定位形面与与其相接触的形面数模完全相吻合。在制造过程中为保证定位面的形状、尺寸精度，需用数控加工定位面。
连接板的作用是安装定位块、压板和导向件，根据定位块的形状以及支基和压板的安装位置，用Sketch和Extruded 作出连接板的实体，用Hole打各特征孔，即可得到连接板的数模。
2.2.2压板的设计
压板与工件接触部分的形状也是由工件的形面决定的。在设计过程中，要充分考虑压板打开状态的角度，应便于焊件的装卸和工人的操作，也不能与相邻夹具之间干涉。夹具B24采用气动夹紧机构，夹紧件的结构设计采用一节销形式。在设计压板时，将所需的前侧围外板形面数模用Wave Geometry Linker链接到压板的UG数模图中，使压板与工件建立了相互关系，根据定位面的外形作出压板的实体，将压板的实体与所链接的形面相切，所得到压板的定位形面与与其相接触的形面数模完全相吻合，用Hole打各特征孔，即可得到压板的数模，如图4 所示，通过连接销轴的位置精度(±0.1) 和尺寸加工精度(.dH7) 来保证压板的工作精度。2.2.3定位销的设计
根据工件的形状及其定位孔的位置，因定位销的位置与定位基准面不一致，需设计一个固定支架将销固定在定位板上，结构如图5。定位销的直径的大小略小于工件上的孔径，其位置精度为±0.1mm ，尺寸公差为0～-0.1mm。在设计固定支架时，根据已知的定位板与定位孔间的距离，做出固定支架实体，用Hole 打各特征孔，即可得到固定支架的数模。在设计定位销时，根据已知定位孔的直径，用Sketch 和Ex2truded 作出的定位销实体，即可得到定位销的数模。2.2.4部件装配
当一套夹具的各个零件的UG数模都已建好，需将其装配，组成一套完整的夹具。UG软件提供了丰富的装配功能，零件的装配条件可根据零件间配合关系确定，如同轴(ALIGN)，共面(MATE)，距离(DISTANCE)，中心(CENTER)，角度(ANGEL)，垂直(PERPENTICULAR)，相切(TANGENT)。装配后，使用Motion功能进行运动分析，图6 为装配完毕的夹具定位单元B243输送机构
侧围总成装焊线的输送机构采用同步带传动，主要由减速电机组件、万向传动轴、同步带、支架、同步带轮及滚轮组件等构成，如图7 所示。用减速电机来驱动同步带，用万向传动轴将两边的同步带轮连接，使两边输送带的运动同步，同时，工件由两边同步带输送，可以防止其滑动的现象。该机构具有结构简单、紧凑，传动平稳，传动比准确，造价低廉，不需要润滑和缓冲吸振等特点，能保证工件的同步输送。4 升降系统
该线的升降装置采用剪刀式，如图8 所示，由双向气缸、连杆、升降臂、支座等部分组成，用双向气缸推动连杆使交叉臂上、下运动，可将输送装置抬升600mm。该系统结构简单，有足够的强度和刚度，能保证工件的同步升起、落下，无冲击。
5结论
通过以上侧围总成装焊拼台的设计及分析，可得出以下几点经验和结论。
第一、拼台的自动化程度较高，能自动定位、夹紧，自动装卸零件，提高了生产率。
第二、利用U G三维软件进行装焊夹具设计，根据装焊夹具结构的共性将其标准化，建立公用的系列数据库，在具体设计中根据结构形式合理选用，并依据冲压件断面形状确定定位面及夹紧面的加工数据，使设计和制造过程大大简化。
第三、虽然该装焊线采用了较先进的技术，但同国际先进水平比较，也还存在不足的方面，例如自动化焊接、自动控制等方面的运用，这些都需要我们努力地学习和进一步提高，以期赶上世界先进水平。
