KUKA焊装线柔性化改造设计要点.docx

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KUKA焊装线柔性化改造设计要点

KUKA焊装线柔性化改造设计

单位：

车身厂技术部

姓名：

吕晓峰

KUKA焊装线柔性化改造设计

摘要:

本文通过对多品种平头车驾驶室产品的结构分析，结合KUKA焊装线的结构特点，简述进口焊装线柔性化改造的工艺设计过程，并对实施过程中的难点进行了分析，阐述了解决的方法，为今后类似的改造设计提供一些参考意见。

关键词:

KUKA线、工艺分析、统一基准、平移机构、模拟分析、并行实施。

概述

随着汽车市场竞争的加剧，客户对汽车产品的需求越来越多样化。

汽车生产厂为适应这一市场变化，产品也由以往的大批量少品种，逐步转向多品种的柔性化生产。

这对焊装生产线的柔性化多品种生产能力的要求也就越来越高。

我厂于九四年从德国库卡公司（KUKA）引进了一条具有九十年代国际先进水平的焊装生产线，该生产线具有设备先进、工艺性好、自动化率高、夹具定位准确、安全性能好等特点。

按当时的设计要求，该生产线能生产宽、窄两种系列的平头卧铺车驾驶室。

根据总公司对市场的调查，内饰空间大的驾驶室产品将越来越受市场欢迎。

为抓住这一市场要求，公司决定在我厂生产高顶加长的平头卧铺车驾驶室。

能将如此先进、复杂的焊装线使用好、维护好已很不容易，改造它实现多品种混流生产就更不容易，风险也很大。

改造KUKA线实现多品种混流生产已成为能否实现EQ4160系列车型的关键项目之一，为此公司将此项目列为本年度公司的重点项目。

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：

机器人点焊工位。

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）