现代汽车车身制造新技术文档格式.docx

1、光线经过谐振器“振荡”，获得良好的平行性，成为激光光束。激光通过输出镜从激光器中射出，由光速导向镜组控制其走向，然后聚焦到工件上。在激光焊接过程中，当激光束触及金属材料时，其热量通过热传导传输到工件表面及表面以下更深处。在激光热源的作用下，材料熔化、蒸发，并穿透工件的厚度方向形成狭长空洞，随着激光焊接的进行，小孔沿两工件间的接缝移动，进而形成焊缝。激光焊接的显著特征是热影响区小，以及功率密度高。1.2 激光焊在车身上的主要应用激光焊及激光钎焊由于其焊缝外形美观、穿透力强、热影响区小、母材烧损少、焊接强度高、效率高等优点，近年来在轿车制造企业得到了广泛应用。激光焊目前不仅仅应用于单件成形中，在车

2、身的总成中也大量应用。在车型中，激光焊技术首次成功应用于前后纵梁等冲压单件。它采用不同板厚材料对接后再冲压成形，从而达到了不同承载不同板厚的设计要求，同时又由于零件一次冲压成形免去了多个冲压零件拼焊所造成的积累误差，大大提高了零件的尺寸精度。另外，由于减少了部分车身拼焊而降低了制造成本，所以在一定程度降低了车身重量。在中前后纵梁、柱、前地板、四门内板等零件都采用了不同板厚材料激光焊后一次冲压成形的技术。在车身总成焊接中主要应用激光焊和激光钎焊，在白车身上，激光焊首次成功应用于车顶与侧围的拼焊，取代了通常的电焊及铜钎焊，从而解决了车顶漏水的问题，提高了车身制造精度，并大大节省了返工时间；激光钎焊

3、技术成功应用于后盖外板上下板间的拼焊，解决了后盖外板形状复杂给冲压带来的困难。在中激光焊的应用增加到底板与侧围和侧围于车顶横梁的焊接，而在上海大众的新项目中激光焊的应用已增加到底板和侧围的分拼焊接中。激光焊的大量增加一方面增加了车身的强度和刚度，同时也对冲压零件和夹紧技术（零件间理想匹配要求为）和设备的维护提出了较高的要求。因为如果间隙过大，能量无法集中于板材，而产生板材未熔化。如果间隙过小，高温下产生的锌蒸气无法排出，只能通过熔池排出，产生大量气孔，激光焊缝外观如图所示。车顶和侧围之间以及后盖外板的上板和下板之间采用激光钎焊。激光钎焊采用CuSi3作为填料，它能有效补偿由于高温下锌层蒸发而引

4、起焊缝及附近区域的防腐蚀性能下降。激光钎焊属于高温钎焊，钎料的熔点大于900。钎焊焊缝外观如图2所示，由图可以看出，激光钎焊焊缝隙比较平滑。在POLO车身上，激光钎焊焊缝应用于车顶和侧围之间，从而取消了以往车型的附加的装饰饰条。POLO车身激光焊缝位置如图3所示。1.3 定位夹具由于焊接零件之间的间隙要保持在0.10.2mm，所以对夹具的要求提高。在POLO240中采用了一种整体夹紧技术，如图4所示。它在相配合的零件边缘全部接触面夹紧，激光焊沿着夹具的上边缘施焊。但由于此种夹具接触面过大，无法保证零件间的充分配合，因此焊接效果尚需改善。在POLO241中为解决此问题采用了分体式夹紧的技术，即在

5、每条激光焊缝两侧采用独立的夹头，同时对于夹紧点的位置也做了优化，因此取得了较好的效果。为了在夹紧时不损伤车顶和侧围，在POLO中采用了“软夹具”，如图5所示。它是由固定在夹具型面中的吸盘构成，在夹紧时充入压缩空气，吸盘与零件接触，达到不损伤零件的目的。但是这种夹具只能应用于辅助夹紧，不能起定位作用。在POLO中仍旧采用了GEO概念，所有夹头和夹具安装在框架上，框架先到位，然后，夹头夹紧零件。2 机器人在车身的应用工业机器人广泛应用于整车制造中。机器人操作与人工操作相比较，具有显著的优点：工艺过程稳定。工艺质量高。重复精度高。可进行复杂的工艺操作。可适应恶劣工作环境。缺点是：投资大。要求专业编程

6、人员。维护费用高。机器人操作与传统设备，如固定焊机相比较，具有下列优点：可实现柔性加工，当进行两种以上车型共线生产时，投资大大降低。在整车制造的4大车间：冲压、车身、油漆和总装车间中，机器人可用于搬运、焊接、涂敷和装配工作。工业机器人可和不同的加工设备配合，几乎可以做整车生产中的所有工作。利用机器人可以大大提高生产节拍减少工位，提高车身质量。目前世界上应用比较广泛的包括FANUC、ABB和KUKA等公司的机器人。在桑塔纳系列轿车制造中，采用了ABB公司的机器人；在上海帕萨特和波罗的制造中，采用了KUKA公司的机器人；在上海别克和赛欧的制造中，采作了FANUC公司的机器人；在上海帕萨特和波罗的制

7、造中，采用了SEF公司的机器人进行激光焊接。机器人搬运。由机器人操纵专用抓手或者吸盘，来抓取零件，将零件移动位置。机器人可以快捷、准确地移动大型零件，放置到位，而不会损坏零件表面。例如，在冲压生产线各压机间采用机器人来搬运零件，可以加快节拍，避免人员受伤的危险，进行全封闭生产。机器人点焊。由机器人操纵各种点焊焊钳，实施点焊焊接。机器人可以操纵大型焊钳，对地板等零件进行点焊，或者进行复杂位置的焊点的焊接。通过换枪站可以更换焊钳，进行各种位置的点焊。焊点的质量高，而且质量稳定。焊接速度快，例如在补焊时，在一个工位内，在节拍为128s内，由5台机器人可以焊接多达190个焊点。机器人弧焊。由机器人操纵

8、弧焊焊炬，可以很方便地进行仰焊、立焊等各种位置的弧焊。通过传感器，可以跟踪焊缝，控制弧长。但是机器人弧焊对零件匹配要求较高，当零件间缝道不均匀或者不平整时，就会产生焊接缺陷。激光焊接。由机器人操纵激光加工镜组，进行激光焊接。激光源可以采用CO2激光器或者YAG激光器。激光焊接设备很复杂，要求机器人重复精度较高，一般要高于0.1mm。机器人螺栓焊接。由机器人操纵螺栓焊枪，可以进行空间全方位的螺柱焊接。例如，在一个工位内，在节拍为150s内，由4台机器人可以焊接90个螺栓。机器人粘结剂和密封剂的涂敷。点焊胶、支撑胶、PVC密封等通过机器人操纵涂敷枪可以精确地控制粘结剂流量，进行各种复杂的形状和空间

9、位置的涂敷。涂敷速度且稳定。机器人装配。由机器人抓取零件，精确地装配到位，尤其在总装车间装配前后风窗玻璃，能够保证装配质量。机器人还可以进行卷边、测量、检验和自动喷漆等。机器人通过串口，经过Interbus， Profibus等工业总线连接到PLC上，与流水线设备、加工设备、工位安全设备等构成一个整体，协同工作。但是，目前各个公司的机器人都需要各自不同的编程语言和不同的外设标准，造成应用时必须由专门的程序员编程，必须通过专门的转换接口才能连接其他公司的外设。这些在一定程度上制约了机器人的推广应用。3 涂胶在车身中的应用POLO车身车间的各个工艺块地板、侧围、四门两盖以及总拼调整，均大量采用了涂

10、胶工艺。车身车间所采用的胶水从功能上可以分为：密封胶、折边胶、点焊胶、支撑减振胶；从主基材上可分为：橡胶类、环氧类、塑溶胶。各种胶在车身中应用能够进一步提高车身的安全性、舒适性、耐久性，同时也满足了经济和环保上日益提高的要求。这些产品具有以下共性：1） 附着在油面钢板上。2） 良好的耐水洗脱性。3） 固化于电泳烘房内或中频加热装置中。4） 产品对后续的油漆工艺无不良影响。车身车间采用的胶水及其有关性能见表1。表1序号编号胶桶体积/L功能涂胶方式单泵/双泵热胶/冷胶主基材工艺块1AMV 167 N6120点焊/折边手工/自动冷胶环氧类地板/侧围2AKD 464 001密封手工双泵热胶橡胶类地板3

11、AKD 465 F01塑溶类4AMV 167 W6050总拼/四门两盖5AMV 153 W2420/200减振侧围/四门两盖6AKL 450 F40单泵车顶天窗31 涂胶设备涂胶泵 POLO 车身车间全部采用德国SCA公司的涂胶设备，根据胶水的性能将涂胶泵分为热胶泵和冷胶泵；按照胶桶的体积将涂胶泵分为20L、50L和200L；按照胶桶的数量将涂胶泵分为单泵和双泵。图6、图7为车间所采用的涂胶设备部分照片。自动涂胶枪和手工涂胶枪 自动涂胶所采用的涂胶泵同手动涂胶的是一样的。对于自动涂胶，我们采取的解决方案是：在自动焊接工位内，安装涂胶枪，枪的位置是保持静止的，其出胶的控制与机器人的运动相关联，而

12、工位内的机器人抓取零件按照涂胶轨迹移动，从而完成整个涂胶过程。图8为自动涂胶方式中涂胶枪的照片。32 胶水有效期及更换管理（见表2）表2序号/类别保存温度/2023102555515302025使用温度/40-409035503565约20有效期/月最多6最多44 车身总成打孔整形技术应用为提高总装车间后灯、前桥支撑、后桥支撑等需精确定位的部位的定位精度，避免冲压和车身累积误差的影响，车身设计采用了在车身总成进行打孔的技术。前后桥采用机械固定式打孔技术，在车身总拼和后盖生产线对后灯匹配区域采取了ISRA打孔整形工艺，从而克服了累计制造公差的影响，达到了该安装孔位在整车上0.20mm的苛刻设计公

13、差要求。总成打孔整形技术的原理及设备。总成打孔整形技术是德国大众PP-V的一项专利，主要由ISRA测量系统、打孔整形枪及SEF机器人组成。ISRA是一种新型的测量技术，它包括数据采集系统（照相机等），数据处理系统（PC等），数据采集系统对匹配形面进行三维数据采样，数据处理系统对采样数据与标准模型进行比较分析，从而决定最佳的位置、角度及方向，并将结果反馈给SEF机器人，由SEF机器人控制打孔整形枪（见图9）完成在零件上的打孔整形过程。由于SEF机器人具有比普通机器人高得多的精度（0.1mm），从而保证了整套系统的高精度。打孔整形枪压力及速度需要根据板厚及孔的大小进行复杂的动力学方程式计算，从而保

14、证零件顺利地从枪的冲模中脱出，控制回弹变形。5 柔性化生产为了降低投资，节省空间，POLO两厢车和三厢车大量使用了柔性化生产技术。POLO柔性化主要由两部分组成：一是夹具的柔性化，即同一夹具可用于不同车型的生产，如POLO底板、侧围、四门两盖和总拼都采用了这种技术；另一种是不同车型采用不同的独立的夹紧系统，但通过转台或移动台共用机器人和焊接设备；如POLO底板2、侧围和四门等。6 夹具模块化/RPS系统和Passat 一样，POLO的产品设计也采用RPS系统（统一定位点系统）。由于从单件到车身、油漆和总装统一定位，从设计、制造到检验统一车身坐标，在设计时已经规定了车身零件的定位点并且制订了需要

15、检验的车身制造尺寸，以及车身和总装需控制的功能尺寸，从而大大地方便了质量控制检验，确保了车身的制造和装配精度。同时工装夹具也基本实现模块化，从夹具转盘、夹紧组支座，到定位销、Tucker夹头基本实现了标准化。这种标准化一方面加快了设计和制造的进度，同时也有利于产品改型后的重新改造利用。7 TOX压铆连接技术的原理及特点7.1 TOX压铆连接技术的原理及特点TOX压铆连接技术是由于表面镀层材料的广泛应用及异种材料连接的需要而研制、开发的一种新的连接技术。它采用如图10所示TOX专利的气液增力缸，通过6105Pa或 10105Pa的空气压力产生22000kN的工作压力，使用如图11所示的TOX专利

16、连接模，形成如图12所示的铆接点。铆接点上连接材料相互镶嵌的，底部既无棱边也无毛刺，避免了应力集中，可承受很高的动载荷。连接过程无热输入，连接点处的材料表面镀层也不会被破坏，同时避免了焊接飞溅及焊接变形，可实现多层材料、不同板厚、不同材质的连接。在施压过程中，采用“软到位技术”及“增力自适应技术”，大大节省了能耗，降低了噪声并延长了设备的寿命。7.2 TOX压铆连接技术的优点 无热输入，不损伤材料表面，不产生焊接变形及焊接飞溅。 可实现多层板连接。 可实现异种材料连接。 气动控制清洁无噪声。5） 连接强度达到点焊连接强度。6） 节约能耗，降低成本。7.3 TOX压铆连接技术在POLO紧凑型轿车

17、中的应用在POLO车型中，我们采用如图10所示的TOX枪在前盖及后盖中广泛使用了TOX压铆连接技术，以TOX铆接点完全取代了点焊连接。生产过程无飞溅、无烟尘、无噪声，生产效率达到点焊速度（每点约3s），并且连接点质量稳定可靠，不受电极头磨损情况的影响，效果非常好，如图13及图14所示。8 中频感应加热传统加热方法是在车身四门中使用折边胶并采用烘房进行加热，但采用烘房加热有占用面积大和加热时间长等缺点。中频感应加热是一种采用涡流效应利用逆变原理在中频下（约15Kh）对折边区域进行快速加热的处理方式。整个加热过程分为三部分：加热、保温和冷却，分别约需10s、20s、3s，整个过程可在1min左右完

18、成，这与传统烘箱的约20min时间相比是个很大的进步。9 双面镀锌在POLO车身中，大量使用了双面镀锌板，双面镀锌一方面增加了车身的防腐能力，但在另一方面也对焊接提出了较高的要求。对于点焊，由于功率大约增加10%20%，对能源的需求增加了，同时由于锌蒸气的产生（对于人身健康非常有害），车身必需采用更大容量的通风系统。对于弧焊，为避免锌蒸气大量产生和破坏镀锌表面，大量使用MIG钎焊（熔化温度低），而不是传统的CO2焊。对于激光焊，为了获得良好的焊接质量，必须在设计时在冲压件上增加工艺锌蒸气逸出点。10 先进的电气技术总线系统及网络系统在车身车间的应用。在车身车间的生产设备中，随着自动化程度越来越

19、高，越来越多的先进技术（如：变频器、现场总线等）应用在生产设备中，且生产设备的电气控制显得越来越重要。在本文中简单介绍Interbus总线和以太网在车身车间的应用。10.1 Interbus现场总线系统在车身车间生产线的电气控制中，传统方式为可编程控制器（PLC）点对点接线的控制方法，这种方式存在以下缺点： 布线工作量大，控制设备的控制点相互之间需并行布线。 安装、调试复杂，对电缆的要求高。 故障诊断和查找困难，维护不便。随着自动化程度的不断提高，输入/输出点越来越多，点对点控制的缺点越来越明显。从20世纪80年代中期逐步发展起来的现场总线控制系统，克服了点对点控制方式的上述缺点。现场总线系统

20、通过一条总线代替点对点控制中的并行电缆，将分散在现场的输入/输出连接到一起，不论控制设备的类型，如：可编程控制器的型号和制造商。现场总线系统与点对点控制的并行布线相比，具有如下特点： 低电缆费用，在规划、安装调试时节约时间，并且由于电缆的数量大大减少，也减小了控制柜的空间。 现场总线的自诊断功能，大大缩短故障维护时间。目前，现场总线控制技术已经被广泛应用于汽车、造纸、纺织及机械等工业领域。在国内汽车行业，近两年国内新的汽车生产线已开始大量采用现场总线控制技术，但目前国内的应用仍大多集中在生产线的输送系统。目前在世界上应用比较广泛的现场总线系统有：Interbus、Profibus、Device

21、Net等几种，但在汽车行业生产线控制中，特别在欧洲，主要使用Interbus总线系统。上海大众从Passat项目开始，在冲压、车身、油漆、总装各车间中广泛采用lnterbus系统。其中，在车身车间，从单机设备到整个生产线的控制，全部采用lnterbus总线的控制方式。总线电缆在车身车间采用光缆，每根总线电缆包括进线和回线两根光缆。Lnterbus总线系统是一个数据环结构，总线适配控制板插接在控制柜可编程控制器底板的插槽中。总线适配控制板通过分散分布的带有lnterbus总线接口的I/O设备控制数据与外设之间的传输，采用环状结构可以使数据的接收和传送同时进行。Lnterbus总线具有很强的诊断能

22、力，可显示总线中故障的位置和故障代码信息，同时在运行中对总线系统进行监控，在新版的lnterbus中甚至可以检测I/O故障。单工位的lnterbus总线系统 图15为单个手工电气工位的lnterbus结构配置图，这是一个简单的lnterbus系统。从图中可以看出，lnterbus系统是一个树状结构的环路系统，其中模块A11A12安装在控制柜中，主要连接设备启动、断开以及人员/设备安全相关的输入/输出。模块盒XL20安装在工位上，主要连接现场的输入/输出，如：控制夹头打开/闭合的信号。模块A11和模块XL20为远程总线模块。远程总线模块将从总线适配控制板出发的远程总线段相互连接到一起，同时与本地

23、的I/O模块连接。整条自动生产线的lnterbus总线系统 整条自动生产线的lnterbus总线系统比单工位的系统复杂得多，但其基本结构是一样的。在整条自动生产线中，lnterbus总线通过I/O模块将各工位夹具的传感器/执行器信号、机器人控制柜、自动焊工位的焊接控制器/涂胶设备/抓手、操作面板等具有总线能力的装置连接到一个系统中，可编程控制器通过总线系统实现整条生产线的控制。10.2 车身车间现场网络系统在网络飞速发展的今天，网络在现场控制中也开始大量应用，上海大众从Passat项目开始，在车身车间开始使用焊接控制器网络系统。从POLO项目开始，在车身车间中开始使用以太网系统。1021 焊接

24、控制器网络不同生产厂商的焊接控制器网络会有所不同。在POLO项目中，使用的是MedWeld3005电阻焊接控制器。一台主机最多可以连接30台焊接控制器，主机可以通过以太网卡连接到下述的以太网中。通过软件MedView （oderWebView）的支持，可实现以下功能： 以从焊接控制器上载焊接参数到主机中，进行焊接参数的备份；也可在主机上修改焊接参数并下载到相应的焊接控制器中，从而实现对联网的焊机进行集中编程。这样可以严格保证工艺参数的安全。 可以对指定焊接控制器的焊接过程进行实时监控，并指定时间段对焊接数据进行采集，有利于对焊接质量的控制与跟踪。 可以对联网焊接控制器进行报警与故障的监控与收集

25、，从而缩短故障的排除时间，并对故障类型进行统计。1022 Ethernet以太网和办公室中的局域网相类似，在Ethernet网络中，机器人控制器、Interbus主控板、西门子可编程控制器、焊接控制器网络主机和其他总线能力的工艺设备通过RJ45接口连接开关模块OSM的作用与办公网络中的HUB类似，在POLO车身项目中，只使用OSM TP62和OSMTP53，每个模块最多可连接6个RJ45接口。在相关软件的支持下，对联网的设备，以太网可以实现类似焊接控制器网络系统的数据备份、集中编程、运行监控等功能，并可与管理级主机和工厂的办公网络系统连接，从而实现对现场设备的管理。11 EIS系统111 概述

26、FIS（Fertigungsinformations-und Steuerungssystem）是一个生产信息控制系统，它可以用来派发生产程序，提供工作指令，给系统/机器控制（PLC）提供信息支持，控制生产进程和支持质量控制。FIS是大众集团（VW）的一个通用标准系统，应用于其遍布世界各地的工厂。112 背景上海大众已经于2001年成功地在汽车三厂Passat车间实施了FIS系统，而上海大众分别于2002年和2003启动了POLOVW240和VW241的生产，由于VW240/241车身装备了天窗，有4种车型的变化，加上油漆十几种颜色的排列组合，完全靠人工识别组织生产显然无法满足现代化大规模生产

27、的要求；与此同时，随着汽车消费市场的发展和消费者观念的更新，即时订单化生产方兴未艾，实施科学的生产控制系统势在必行。113 FIS的核心 FIS系统具备了包括从德国大众狼堡主机系统INFAS接收车辆订单，在工厂生产区进行生产控制，协调外部仓库和供应商，到通过检测点ZP8整车出厂给销售运输公司的全部功能。1131 订单管理上海大众FIS服务器从INFAS源系统接收新订单，现有订单的更改，取消及车辆交出后订单的删除。反馈信息给INFAS（被选的和重要的车辆状态信息）。此模块包括所需的数据库管理能力。1132 数据捕捉点的工作过程在生产区的生产线上，车辆的识别是通过条形码（TPS标签或M1标签）或移动数据装置进行的，数据被传输到在生产区级的PLC，车间底层控制系统或记录数据装置。当处于生产线上某一车身的信息被读入，此数据则被送到FIS系统，所设置的车辆状态将被记入FIS数据库中。一个FIS车辆的状态可启动FIS系统内部不同的操作。如打印输出，将传输格式传到其他系统或把信息传到外部供应商处。若目标资源如打印机被锁定，FIS系统将自动转到系统装配时预定的备份资源上。1133 控制室操作系统FHLEITFHLEIT包括了所有的系统功能以