KUKA焊装线柔性化改造设计Word文档下载推荐.docx
《KUKA焊装线柔性化改造设计Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《KUKA焊装线柔性化改造设计Word文档下载推荐.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
为确立和实现这个目标，我厂领导与工程技术人员做了大量的调查、研究与论证工作，采取了产品设计、工艺方案、现场调试安装并行实施的方式，解决了许多技术难题，在短短的半年时间里，不仅实现了KUKA焊装线能混流生产宽窄、高矮、长短车型的平头卧铺驾驶室的能力，而且还保留了原来的工艺性好、自动化率高、夹具定位准确等优点。
因为本次改造的难点是产品设计和工艺方案的确定，所以本文将主要对以上两个方面做一些介绍和说明。
一、原KUKA焊装线工艺过程简介
1.工艺参数
KUKA焊装线由六个工位的地板线和十二个工位的总装线两部分组成，工位间距5m，生产纲领为4.5万辆/年，生产节拍为4.672分/辆。
2.主要特点
a.焊装线为步进往复式生产线。
升降运动采用曲柄连杆机构，辅助以气-液联合缓冲平衡装置，水平运动采用齿轮齿条结构和变频调速电机，重复到位精度小于1mm，循环时间为19秒。
b.根据零（合）件特点，有选择的应用自动或半自动上、下料装置，如：
鼓包总成、左/右侧围总成、顶盖总成采用了全自动上料装置。
前围、后围、左/右车门总成分别采用了电机驱动或气动平衡装置的悬臂旋转装置。
c.该线大量采用了机器人焊接和自动焊机，提高了驾驶室的装焊水平和自动化率，焊点自动化率达70％以上。
d.夹具采用可三维可调的定位销与定位块，定位销精度为0.1mm，定位块精度为0.2mm，并配备了便携式三坐标测量仪，可随时对线上夹具进行现场检测。
3.工艺过程
地板一工位：
装焊左/右纵梁总成、前横梁总成、后下横梁总成。
地板二工位：
装焊左/右侧横梁总成、后上横梁总成。
地板三工位：
装焊左/右侧地板总成、鼓包总成。
本工位采用自动上线装置输送鼓包总成上线。
地板四工位：
机器人点焊工位。
地板五工位：
补焊工位（用于机器人停止工作时）。
地板六工位：
装焊左/右竖板总成、左右脚踏板总成，采用翻转移动机构定位。
总装一工位：
由自行葫芦线将地板总成输送到位。
总装二工位：
用悬臂吊将前、后围总成输送到位，人工装配后，自动焊钳点定前、后围总成与地板总成连接处。
总装三工位：
侧围上线装置将左/右侧围总成自动输送到位，人工装配后，自动焊钳点定侧围总成与前、后围总成、地板总成连接处。
总装四工位：
装焊前围上盖板总成，采用翻转机构定位。
总装五工位：
装焊顶盖前横梁总成，由空中翻转机构定位。
总装六工位：
用自动上线装置将顶盖总成输送到位并定位夹紧，自动焊机点焊顶盖总成与左/右侧围总成连接处，人工点焊顶盖总成与后围总成、顶盖前横梁总成连接处。
总装七、八、九工位：
总装十、十一工位：
人工补焊工位（用于机器人停止工作时）。
总装十二工位：
用悬臂吊将左/右车门输送到位，人工装配。
最后由自行葫芦线将驾驶室总成自动输送到调整线。
二、实现KUKA线多品种生产的分析与对策
1.产品工艺分析
要实现多品种车型驾驶室在KUKA线上混流生产，就必须对产品的工艺性进行认真的分析，既要满足产品的设计要求，又要具有良好的工艺性，这是实现多品种混流生产的基本条件。
同时，产品设计时须充分考虑了工艺上提出的多品种车型基准统一、新增或修改的零件数量尽量小的要求，为实现柔性生产尽可能减少阻力。
宽窄、高矮、长短这几种车型都是在一个产品的平台上，都是由地板、前围、后围、左/右侧围和顶盖几大总成构成，这是它们的共同之处。
不同之处是它们在外型尺寸上有着很大的变化。
宽窄车型在地板、前围、后围、顶盖总成的左右外型尺寸上有117.5mm的变化，但在左右方向上各零件的主定位孔位置是统一的。
例如前围总成和左右侧地板总成等（图1）。
长短车型在地板、左/右侧围、顶盖总成前后方向的外型尺寸上有120mm的变化，但在前后方向上各零件的主定位位置也是统一的。
例如竖板总成、纵梁总成等（图2）。
高顶车驾驶室仅反映在顶盖总成上比矮顶车高100mm，其它均没有变化。
正是多种车型在产品上能够找到统一的定位基准，才使得多品种平头驾驶室在同一条焊装线上生产成为可能。
图1宽、窄车型前围总成宽、窄图2长、短车型竖板总成
车型左侧地板总成
2.定位准确的保证
解决了多品种产品定位基准的统一，如何充分利用进口焊装线保证多品种驾驶室的装焊精度是工艺上需要重点解决的难题。
而在KUKA线上找到多品种驾驶室统一的定位基准，则是解决这个问题的关键，也就是地板总成的定位基准。
按照选择定位方式和定位部位是冲压件尺寸比较稳定、形状比较规则、回弹变形比较小的原则，通过对这几种车型驾驶室的产品分析，最后我们采用地板前横梁翻边为前支撑、左右纵梁1380X处为后支撑、纵梁的前后定位孔为定位基准孔的定位基准形式（图3）。
解决了整条KUKA线十八个工位对地板部分的支撑、定位、夹紧合理统一的问题。
改造了以往利用容易变形的纵梁后连接梁作为后支撑的不合理形式。
在纵梁前后孔定位时，采用圆柱销和扁销相搭配的定位方式，有效的解决了孔位的重叠带来得累计误差。
侧视图俯视图
图3
3.尽量减少KUKA线改造工作量
通过上面的分析，各个车型产品的基准得到了统一，它们在KUKA线各工位的定位基准也得到了统一，这基本上就解决了多品种驾驶室在KUKA线的通过性，下面要做的工作就是尽量减少KUKA线改造工作量，我们主要有以下两个设计原则：
⑴新增和变化的零件种类尽可能少
新增和变化的零件种类越少，各车型共用的零件越多，工装夹具上修改的部位就越少，工艺上实现多品种车型同线混流生产就越容易。
驾驶室总成加长的难点是如何实现地板总成的加长，因为地板总成是整个驾驶室的基础，改造工作量最大。
因此，工艺把对地板总成的改造作为审查的重点。
原产品设计长车型驾驶室时，准备通过对左/右侧地板和鼓包总成的加长来实现地板总成的整体加长。
如果产品使用这种结构，要想实现长短车型混流生产，工艺上将对左/右侧地板总成、鼓包总成的定位以及与之相关的地板上、下横梁和左/右纵梁定位进行修改。
这样做不仅零件更改的数量多，工艺上实现长短车型混流也十分困难。
最后经过讨论，决定通过加宽地板上、下横梁来实现地板总成的整体加长。
这样以来，长短车型在地板总成的变化仅反映在地板上、下横梁的定位上。
工艺实现长短混流生产十分简单，同时产品结构和设计要求也得到了满足。
⑵采用灵活的设计思路
进口焊装线的设备十分先进，工装精度十分高。
其整条线的结构都是根据产品结构以及空间位置要求设计出来的，具有结构复杂、紧凑的特点。
因此，对其任何一个细小的改造都可能会引起夹具定位是否合理、定位精度是否满足要求、移动装置是否与改造部件干涉等一系列问题的连锁反映。
这一点，在顶盖后横梁的产品设计上最具有代表性。
长车型的顶盖由于前后尺寸加长了120mm，为保证其结构强度，产品上需要增加一个顶盖后横梁。
在四工位装焊该梁的驾驶室通过五工位时，将与五工位的前横梁翻转定位机构在高度上相碰。
如果修改翻转定位机构或更改工艺，在空间位置和定位方式上都无法实现。
为此我们大胆的提出将顶盖后横梁在结构上分为三段拼装这样比较灵活的办法，中间的一段梁在顶盖分装上与顶盖焊接，两个侧梁在侧围总成上焊接。
最后通过中梁与侧梁预留的连接定位孔，在总装线十工位拼装。
这样既保证了梁的拼装精度，满足了产品要求，又避免了对五工位翻转机构的改造，效果是明显的。
有了以上的分析和设计原则，再加上在产品设计过程中，已经考虑了因多品种驾驶室外型尺寸变化较大带来的在焊装线上混流生产困难的影响，因此实现宽窄、高矮、长短多品种车型在KUKA线的柔性生产完全可以实现的。
具体的说，在处理宽窄车型换形时，由于两种车型在左右方向的定位基准是一致的，因此可通过对其宽窄变化部位的定位夹具整体左右移动的方法来实现。
长短车型的变换，采取分块处理的办法来实现。
即驾驶室的前部没有变化的部分保持不变，后部采取前后平行移动定位机构来实现长短车型的变换。
高矮车型的变换则通过对顶盖总成的高矮变换来实现。
三、难点的分析与解决方法
通过以上的分析，从整体上已经解决了多品种驾驶室在KUKA线混流生产的通过性和定位基准的统一。
但具体到十八个工位的改造又存在着许多极大的困难，特别是侧围总装夹具和顶盖总装夹具。
1.侧围总装夹具
在驾驶室上装焊侧围总成的工位是总装三工位。
它由自动上线装置、自动焊机、左/右侧围总装夹具和地板定位夹具组成。
侧围总成与其它连接件的焊接，全部采用自动焊机自动点焊。
由于其自动化率高、夹具结构复杂，因此在此工位实现多品种车型混流生产的改造是十分困难的。
为不破坏侧围总装夹具的整体定位方式，在多品种车型变换时采用了整体与局部夹具移动相结合的定位方式。
宽窄车型变换时采用按宽窄尺寸要求，夹具在左右方向整体移动的电气自动控制定位方式。
而长短车型变换时，则是将侧围后部长短变化部分的定位夹紧机构和自动焊钳分成多块组合，通过电气自动控制移动机构前后移动的方式来实现的（图4）。
这样做充分利用了原侧围总装夹具的空间位置，获得了比较理想的合理定位方式。
1—短车型侧围总成2—长车型侧围总成3—侧围上部定位移动机构
4—自动焊钳移动机构5—侧围中部定位移动机构6—侧围下部定位移动机构
图4侧围总装夹具（长短车型）
2.顶盖总装夹具的改造
顶盖总成在驾驶室上的装焊是在总装六工位实施。
该工位由自动上线装置、自动焊机、顶盖上线夹具、顶盖总装夹具和地板定位夹具组成。
由于该工位既要实现宽窄、长短、高矮所有多品种车型的车型变换，更重要的是还要保证所有车型的风窗口尺寸以及其它装配尺寸的要求。
因此该工位的改造是整个KUKA线改造的重点也是最难点。
可以说该工位改造的成功与否是KUKA线柔性化改造成败的关键。
经过与许多专家多次的研究和论证，除了在整体方案上采取随车型变换定位机构整体或局部移动外，还对以下几个难点做了特别的处理。
a.保证风窗口尺寸的稳定
保证风窗口尺寸的稳定是本工位改造的关键。
风窗口的定位是靠顶盖前端的五个夹紧定位装置以及左/右前支柱的定位机构来实现的。
力求每个车型的风窗口定位方式都采取这种比较稳妥合理的形式，是我们要实现的目标。
宽窄车型在五个夹紧定位点的位置是一样的，改造起来相对容易。
长短车型因风窗口尺寸一样，因此定位方式也是一样。
高矮车型由于在高度上尺寸不一样，五个压紧块的上压紧块位置也就不同。
考虑到整个夹具的空间位置和各部件的布置情况，最后我们决定将定位高顶车型的上压紧块固定在夹具上，矮顶车型的上压紧块由电气控制随高矮车型变化自动翻转。
（图5）
图5
b.顶盖在驾驶室上的装配
由于顶盖的两个前角与前支柱的搭接间隙非常小，再加上顶盖在预装夹具的装配误差，使得顶盖在驾驶室上时常发生装配不到位的现象。
如果车型变换频繁，这种现象将更容易发生。
为此我们改变了预装夹具用顶盖翻边定位的方式，采用靠顶盖内腔的形状定位，并在预装夹具和KUKA线的顶盖总装夹具上加工统一的定位导向孔，通过上线装置的定位销来实现上线装置在预装夹具和总装夹具前后定位的一致性，从而确保了顶盖从预装到总装的装配精度。
除此之外，我们将前支柱零件上端与顶盖搭接面的斜度加大，使两件的装配自由度加宽，从而消除了顶盖装配不到位的现象。
c.上线装置的真空吸盘
由于上线装置本体上布置的部件很多，而空间位置又十分有限，这对用于吸放顶盖用的真空吸盘在上线装置本体上的布置提出了难题。
吸盘数量太多，没有空间布置。
数量太少，对重量较重的顶盖的吸力又不够。
如靠加大吸盘的直径增大吸附面积来保证吸力，对多品种车型的顶盖则无法通用。
通过对各种车型顶盖产品的分析，在宽窄车型顶盖上找到了两组共用的平面，把它作为吸盘在宽窄车型顶盖的吸附点。
而高矮车型则可根据顶盖的高矮变换，通过两组吸盘的整体上下移动来实现。
（图6）
图6
3．设备改造
⑴输送小车改造
为使多品种驾驶室能混流生产，首先要改造各工位的输送小车的结构，使其同时具备输送宽窄、长短、高矮车型的能力。
原输送小车为防止驾驶室在输送过程中左右晃动，在后连接梁支撑处还有一套机械式弹簧压紧器。
该输送小车结构简单、运行平稳可靠，但它无法输送长车型驾驶室。
为此我们取消了弹簧压紧器，依靠定位前横梁的U型限位块来防止驾驶室输送时前后串动，在左右纵梁后部1360X处增加左右限位块，来解决驾驶室在输送过程中的左右晃动问题。
（图7）
1-长车型2-短车型3-后支撑4-左右限位块5-纵梁6-侧横梁7-前支撑8-U型限位块9-U型KUKA线输送链
图7
⑵平移机构
在KUKA线柔性化改造中，为实现多品种车型变换，大量使用了平行移动定位机构。
该移动定位机构采用平行双Ω轨道导向移动形式（图8），其重复精度达0.07mm，前后移动靠限位块定位。
由于该机构移动定位精度很高，为驾驶室车型变换时的装配精度提供了有效的保障。
1-Ω轨道2-底座3-气缸4-夹具移动机构5-限位块6-导向套
图8
⑶电气改造
KUKA线的电气控制采用西门子S5-115U系列的PLC、L2-DP现场总线控制方式。
该控制方式可增删控制点数，安装也十分方便。
KUKA线的电气改造就是在利用原来预留的一部分备用I/O口基础上，再新增一部分I/O口，并通过编制相应的控制程序来实现对整条焊装线的电气控制。
4.KUKA的配套改造
为满足KUKA线实现多品种混流生产，还须对部分分装夹具、KUKA线部分工位的焊钳操作位置、调整线台车、自行葫芦线吊具、现场钢结构和公用动力进行改造，这里就不在作详细的介绍了。
四、国内外对比
柔性化生产，源自汽车业发达的欧美，是20世纪末国际上先进的生产理念，是“以顾客为中心”理念在生产上的延伸，因其带来的时间优势和成本优势，能快速将具有价格竞争力的优质产品带到市场上。
国外对复杂焊装生产线进行多品种柔性化改造已是上世纪90年代以前的事情。
由于产品生命期缩短，装备水平的提高以及以并行工程为支撑的敏捷制造技术的运用，国外在新产品的规划阶段即考虑产品整个生命周期的各个环节，建成的焊装生产线多为产品全系列混流生产线，如雷诺生产线产品涵盖Premium/Kerax/Midlum共17个品种；
国内也在积极引进这项新技术，如在上海通用汽车项目设计规划之初，投资双方就决心改变国人对中国汽车厂家的看法，要以最快的速度为中国的汽车消费者带来最具吸引力的产品，投资引进柔性生产线，如今，大小、配置截然不同的中高档轿车、旅行车、紧凑型轿车实现共线生产，上海通用汽车的生产线已经成为GM全球范围内柔性最强的生产线之一，在世界汽车制造业中也是屈指可数。
随着汽车制造业的全球化和中国加入WTO，世界列强完成了在中国的布局，市场竞争异常激烈，民族工业面临前所没有的挑战。
生产线的多品种柔性化改造成为产品升级换代的最佳途径。
北汽摩于1997年完成了BJ1021S/BJ2032S/BJ2032SA的同线生产；
98年，一汽实现了FK/FM系列驾驶室的混流改造；
南汽在EVACO生产线上实现了轻型载重车驾驶室的混流生产等等。
与KUKA线改造相比：
北汽摩轻型载重车及一汽FK/FM系列驾驶室的混流生产线的复杂性和先进性相去甚远，品种之间变化较小；
EVACO生产线水平较高，只是自动化程度较低，但其改造只是简单地屏蔽一部分装备功能。
在公司内部，与KUKA线同级的生产线有神龙富康生产线和轻型车股份公司的DCT生产线。
98年，神龙公司在其予留的总装工位上完成了988的混流生产，988的混流改造是原设计的延伸，可以理解为离线改造；
而最需要进行改造的轻型车股份公司的DCT生产线则在99年由22厂新建了一条宽体驾驶室生产线。
五、项目总结
EQ4160系列产品由我厂与技术中心根据市场需求共同开发完成的，是公司目前最具竞争力的新产品。
KUKA焊装线多品种柔性化改造是决定EQ4160系列产品是否成功转产的关键环节。
KUKA焊装线的多品种柔性化改造裔承了原设计的先进性，同时对原设计进行了必要的改进和提高；
对新增部分选用当今先进装备，与原装备技术水平相匹配。
本此改造，在注重发挥原有技术优势的同时，积极应用现代先进技术：
广泛使用三维建模软件UG、焊接工艺设计软件CAPP、计算机辅助设计软件CAD进行产品设计、工艺设计和工装设计；
采用PLP（PrincipleLocationPoints）和PCM（PlanCoordinationMethod）进行定位基准的设计和产品装配质量的工艺协调；
特别在重点和难点工位：
总装三工位侧围总装夹具和总装六工位顶盖总装夹具的改造，初步运用了CATIA进行复杂夹具的模拟分析，保证焊接夹具一次设计成功，解决了多品种车型任意混流装配、各车型的装配精度、夹具之间以及与焊装线之间相互干涉、输送装置的零件到位精度等等一系列难点问题。
本次改造还解决了以往一些无法解决的问题，如机器人焊点位置不稳定、驾驶室线上输送时到位精度不高、顶盖上线到位不准确等。
这些问题的解决为提升驾驶室的产品质量迈向新的台阶，起着关键性作用。
KUKA焊装线通过多品种柔性化改造，使生产品种由原来的宽窄两种系列车型，扩展到宽窄、高矮、长短组合的八种系列车型，提高了企业的市场竞争能力。
改造后的KUKA焊装线使原生产线的价值得到了充分的利用和发挥。
现在该线在我厂已经投入正规生产，为缓解我厂焊装车间生产能力和品种的不足发挥着巨大的作用。
KUKA焊装线的改造成功，为老焊装线的柔性化改造积累了经验，对同类焊装线多品种混流生产的实施有一定的指导意义。
升级会员 