车身焊装工艺设计

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第54页 共54页汽车车身焊装工艺汽车车身装配主要采用焊接方式，在汽车车身结构设计时就必须考虑零部件的装配工艺性。焊装工艺设计与车身产品设计及冲压工艺设计是互相联系、互相制约的，必须进行综合考虑，它是影响车身制造质量的重要因素。第一节 焊装工艺分析工艺性好坏的客观评价标准就是在一定的生产条件和规模下，能否保证以最少的原材料和加工劳动量，最经济地获得高质量的产品。影响车身焊装工艺性的主要因素有生产批量、车身产品分块、焊接结构、焊点布置等。一生产批量车身的焊装工艺主要由生产批量的大小确定的。一般来说，批量越小，夹具的数量越少，自动化程度越低，每台夹具上所焊的车身产品件数量越多；反之，批量越大，焊装工位越多，夹具数量越多，自动化程度越高，每台夹具上所焊的车身产品件数量越少。1 生产节拍的计算生产节拍是指设备正常运行过程中，单位产品生产所需要的时间。假设某车年生产纲领是30000辆份 / 年 工作制：双班，250个工作日，每个工作日时间为8小时 设备开工率：85则生产节拍的计算为： 2时序图设计时序图（TIME CHART）是指一个工位从零部件上料到焊好后合件取料的整个过程中所有动作顺序、时间分配以及相互间互锁关系，这些动作包括上下料（手动或自动），夹具夹紧松开，自动焊枪到位、焊接、退回以及传送装置的运动等。生产线上每个工位的时序图设计总时间以满足生产节拍为依据，同时时序图也是焊装线电气控制设计的技术文件和依据，是机电的交互接口。如图41所示为一张时序图，它的内容包括：（1）设备名称，它是以完成动作的单元来划分。例如移动装置，夹具单元1，焊接，车身零部件名称等。其中车身零件名称表示上料动作，组件名称表示取料动作。 2）相应设备的动作名称，它是以动力源的动作来划分的。例如移动装置是由气缸驱动上下运动和电机驱动工位间前后运动组成，它的动作名称分别为上升，下降，前进，后退；再例如夹具是由夹紧气缸驱动夹紧，它的动作名称分为夹紧，打开等。（3）各动作顺序及时间分配，动作时间表分配是以坐标网格的形式标记，每格单位为5秒，一个循环总时间为生产节拍，各动作之间的前后顺序关系图用箭头线标识。一般气缸夹紧动作时间为23秒；焊接时间与焊点的数量有关，常以一个焊点3秒的时间估算。合理分配调整各个动作的时间，满足生产节拍要求是车身焊装工艺设计的关键。（4）行程开关（L/S）和电磁控制阀（V/V）编号，它标明了各个动作之间的顺序及互锁关系，其编号与相应气路控制图上的编号应该一致。时序图的设计在工艺方案总设计完成后就可以进行，通过计算各动作的顺序时间，可以得出本工位的时间节奏，比较能否满足生产节拍和生产纲领要求，并作相应调整，甚至改变工艺设计。由于每个车身装焊的零部件数量一定，焊点数量一定，焊接时间一定，要达到一定生产节拍内完成所有焊接，就必须将工序分开，分工位上料、焊接。二车身产品分块分块是将车身外壳体分成若干块便于冲压和焊装的零部件、组合件、分总成和总成。合理的分块不仅有利于形成良好的装配质量，并可有效地简化和优化制造工艺。汽车白车身是一个尺寸很大的复杂的焊接结构件，设计制造时常常是将车身总成合理地划分为若干个部件和组合件，分别进行装配焊接成分总成件，然后再装配焊接成总成结构，这样化复杂为简单，化大为小，可以大大提高劳动生产率，改善结构的焊接工艺性。1 结构分离面将白车身总成分解为若干个分总成，相邻两个分总成的结合面称为分离面。分离面可以分为两类：（1）设计分离面根据使用上和构造上的特点，将汽车车身分成为可以单独进行装配的分总成，如发动机罩、行李厢盖、车门、车身本体等，这些分总成之间的结合面，称为设计分离面。设计分离面一般采用可拆卸的连接，如铰链连接，以便在使用和维修过程中迅速拆卸和重新安装，而不损坏整体结构。（2）工艺分离面在生产制造过程中，为了适应制造装配的工艺要求，需要进一步将上级分总成分解为下一级分总成，甚至小组件，进行单独装配焊接，这些下一级分总成或组件之间的结合面，称为工艺分离面。例如车身本体总成分解为前围、后围、地板、左/右侧围、顶盖六大分总成，这六大分总成分别平行进行单独装焊，而后总装在一起进行焊接，这些分总成之间的结合面就是工艺分离面。工艺分离面一般采用不可拆卸的连接方法，如焊接、铆接等。它们最终构成一个统一的刚性整体。2 装配焊接方法根据工艺分离面的划分情况，将汽车车身装配焊接方法分为两类：（1）集中装配焊接法将车身产品的装配焊接工作集中在较少的工位上，使用较少的工装夹具来完成装焊工作，称为集中装配焊接法2）分散装配焊接法将车身产品的装配焊接工作，分散在较多的工位和工装夹具上来完成，称为分散装配焊接法。它分散的依据是工艺分离面的确定。如表41为某一轿车车身侧围总成分散焊装流程图。3 分散装配焊接法的优越性在车身制造中，要根据生产纲领、工厂的设备情况和技术水平，合理地划分组合件，分总成进行装配焊接，这种方法有很多优点：（1）可以提高焊装质量，改善工人的劳动条件把整体车身结构划分成若干组合件、分总成后，它们就变得重量较轻、尺寸较小、形状结构简单，容易保证焊装精度。因为有很多尺寸、形状和技术要求等在部件上保证比在整车上保证要容易的多。例如侧围窗框尺寸及外轮廓曲线的形状等都是在侧围总成的焊装线上得到保证。从焊接角度来讲，分散装配焊接可以把一些需要全位置操作的工序改变为在正常位置的操作，使焊点尽量处于有利于焊接的位置,可尽量避免立焊、仰焊、横焊，这样有利于提高装配焊接质量，改善劳动条件，也提高了劳动生产率。例如车身的顶盖、侧围及前、后围在整车总成焊装中分别为仰焊和立焊，而在分总成焊装中可变成俯焊。随着零件分散程度提高，操作工人分工更加细化和专一，更容易掌握操作技术和提高技术的熟练程度，从而迅速提高劳动生产率和焊装质量（2）缩短产品的制造周期组合件、分总成的焊装生产可以并行进行，扩大了工作面，增加了同时工作的人数，避免各工序之间的相互影响和等待。有的组合件或分总成具有相同或相似的形状和尺寸，可以组织连续性流水作业以缩短制造时间。例如车身左右侧围焊装线的布置。（3）容易控制和减少焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形与焊缝在结构中所处的位置及数量有着密切的关系。在划分组合件时，要充分地考虑到将组合件的焊接应力与焊接变形控制到最小，使总成装配时的焊接量减少到最小，以减少可能引起的焊接变形。而且，在组合件焊装时，结构刚性降低，可以比较容易地采用夹具或其他措施来防止变形。即使已经产生了较大的变形，也比较容易修整和矫正。（4）可以降低焊装夹具的成本分组件装配焊接法以后可以大大简化焊装夹具的复杂程度，有利于夹具的设计和制造，从而使焊装夹具的成本降低。（5）可以提高生产面积的利用率分组件装配焊接可以减少和简化总装时的工位数，增加平行进行作业的地点，大大扩大了装配焊接的工作面，提高了生产面积的利用率。4 工艺分离面确定原则工艺分离面的合理确定是发挥上述优越性的关键。划分组件进行装配焊接时应从以下几个方面来综合考虑：（1）尽可能使各组件本身的结构形式是一个完整的构件要考虑到结构特点，便于组件、分总成的最后总装和结构尺寸精度的保证。工艺分离面要避开结构上应力最大的地方，保证不因划分工艺组件而损害结构的强度。（2）保证组件的强度和刚度所划分的组件、分总成结构要有一定的刚度和强度，即在白车身重量的作用下，不能产生永久性变形，同时也要考虑吊装方便。（3）工艺上的合理性工艺上主要考虑划分组件后焊点数量和位置的合理布置，要有利于采用自动化和机械化设备，也有利于减小焊接变形，可以提高产品质量和劳动生产率。（4）现场生产能力和条件的限制分组件装配焊接中，由于采用较多的专用夹具，生产准备周期较长，各工序之间的协调关系复杂，给生产管理带来困难。同时随着焊装工位数量的增加，要求有较大的生产面积和较多的技术工人。（5）生产节拍的要求在大批量的生产中，采用分组件装配焊接法进行生产，能显著地提高劳动生产率和产品质量，缩短生产周期，降低产品成本。虽然此时由于分组件装配焊接增加了工序及专用夹具的数量，使其费用增多，但产量大而分摊到每个产品上的费用不会增加，仍然可以得到显著的经济效果。当单件生产、试制和少量生产时，为了缩短生产准备周期，减少专用夹具费用，减少工件在夹具上的装卸次数，减少辅助工时，宜采用集中装配焊接的方法。三 焊接结构由于汽车车身除某些加强构件外，主要都是由低碳钢薄板冲压零件焊接而成，其厚度在0.6mm1.5mm范围之内。采用最多的焊接方法是电阻点焊，它将工件(PANEL)以200300kgf程度加压至焊枪的铜电极，并瞬间（0.160.2秒）通过大约1万安培的高电流，以电极接触点发生的电阻热熔融结合的焊接方法。在一辆小车的车体中大约有3000个焊点，其大部分为两层焊，根据结构也有34层焊。当生产批量不大和具有密封要求的连接处，以及开敞性差的焊缝，一般采用二氧化碳气体保护焊。1焊接接头型式焊接连接处称为焊接接头。因电阻点焊的要求，车身结构的基本焊接接头型式主要是搭接接头和弯边接头，如图4-2所示。其中4-2(a)(b)为搭接接头，4-2(c)(d)(e)为弯边角接，4-2(f)为弯边对接。弯边接头的焊点操作性优于搭接接头，因为弯边接头焊点直接暴露在操作台面一侧，选用小型“X” (a) (d)型焊钳就能很方便地进行焊接。考虑焊接强度，弯边接头起到相当于加强梁的作用，可增大结构强度，但翻边因受冲压工艺的限制，导致贴合不理想，易产生焊接缺陷，而且弯边接头的 (b) (e)焊点抗正应力能力比抗剪切能力差，总的对焊接强度增大不大。考虑焊接精度，搭接接头焊点质量主要决定于工 (c) (f)装的精度。而弯边接头焊接质量除了与工装精度有关 图42 焊接接头型式外，还与零件翻边精度有关，而受冲压工艺和储运方式的影响，翻边是零件质量最不稳定的地方，它容易导致两零件因贴合不好产生焊接变形，而且弯边接头的零件不利于利用工艺孔对零件作精确定位。2接头开敞性封闭接头是不可能用作点焊的，半封闭接头如车身底部和内部接头也会给制造带来一定麻烦。如图4-2(b)所示为封闭断面结构，不易直接采用点焊。因为下电极无法设置，需要采取间接导电型式或改用其它焊接方法来解决。由于车身各连接部位不同，组成零件的形状不一样，虽然都采用搭接或弯边接头，但其结构的断面形状有很大差别。如图4-3为车身侧围典型断面示意图。其中(a)与(e)中焊点A的开敞性差，结构设计不合理，如果将(a)断面形状改为图(b)的型式，就大大提高了焊点的可达性；同样(e)结构也是如此。若在结构设计上不能避免封闭式断面，则可以通过结构分解来实现焊点的焊接，如将(a)中结构分解为件1和件2的组合件，先焊完点A后，再装焊件3，这样不仅达到了结构设计要求，而且改善了结构的开敞性。同样(e)中也可以先将件2和件3在A点焊好后再装焊件1。冲压件结构型式要考虑点焊工 艺性。由于电阻点焊方法本身可达性差，在车身结构设计时，应尽量避免采用狭窄而深的或上、下电极难以接近的焊接结构和焊接接头。如图44所示,(a)中由于上电极伸入深窄的焊件中，增加了点焊机的二次回路的感抗，使焊接电流不稳定而降低焊点强度和质量；图44(b)结构中必须采用特殊弯电极，这种电极的冷却条件不好，降低了焊接表面质量和电极的使用寿命。 (a) (b)3接头的强度 图44 不合理的点焊结构点焊焊缝适宜在剪切力下工作，而不适宜在拉伸力下工作。设计汽车车身点焊焊接结构时，应尽量使焊缝在剪切力而不是在拉力下工作。如图4-5所示，(a)为焊点受拉伸力状态，(b)为焊点受剪切力状态。点焊焊缝的强度与母材的种类及焊接工艺有关。例如，低碳钢的剪切容许应力可取为母材的65，而拉伸容许应力可取为母材的40，焊点布置方案 (a) (b)不同，焊点中所受应力的种类也不相同。另外，要 图45 焊点受力状态尽量避免焊点密集布置或交汇在一起，否则金属易由于过热而产生严重应力集中及变形，影响焊接质量。车身外板的焊接，由于焊接热应力会使表面局部变形而影响外观质量，这时可通过改变车身零件形状来消除或减轻这类缺陷。如图4-6(a)是轻型汽车门板的点焊接头，在门外板表面1区会出现凹凸不平，若将门外板此处设计成带斜凸梗的棱线（如图46b），就可以起筋条的作用而减 图46 车身外板形状小变形。假如外部造型不允许这样，也可将门外板制成曲面形状（如图46c）。4焊接厚度点焊通常用于两层薄板之间的连接，有时也用于连接叠在一起的三层薄板。为了保证焊点的焊透率，两层焊件厚度宜相等或相近，厚度相差应不大于3倍。连接三层板时，如板厚有差别，厚板应置于中间，有利于熔核在三层板上形成。四 焊点布置车身焊接中焊点的数量以及焊点间距的确定是焊装工艺性的一项重要内容。焊点间距越小，焊点数越多，焊接强度也就越高，但分流越大，它会给产品的强度带来不利影响。焊接质量也会因分流的影响而不易保证。根据车身焊接接头的特点以及车身结构设计时接头的搭边宽度和焊点布置等，焊点布置应着重考虑以下几个问题：1 在满足接头强度和技术要求条件下，尽量减小搭边宽度，以减轻结构重量。为保证焊点质量，对焊点中心离板边的最小尺寸要求，可参考表4-2。表42 焊点中心到板边的最小距离 焊件厚度（mm） 1 2 3 4 6焊点中心到板边最小距离（mm） 8 12 18 25 302在实际车身制造中，由于设置焊装夹具的需要，对弯边接头的宽度（如图47）应保证a至少为2025mm，其根部尺寸一般等于板厚。3焊点的距离应选择适当，在保证接头强度和技术要求的前提下，焊点距离应尽可能大些。因为在焊缝长度一定的范围内，焊点布置越多，点距越小，分流越大，焊点熔核尺寸减小，反而降低了焊缝强度。车身焊装的合理点距如表4-3所示。焊接大零件或组合件时，点距可以适当加大，一般不小于3540mm，在 图47 弯边宽度有些非受力的部位，则焊点的距离还可以加大到7080mm。在多点焊机上焊接，焊点之间的距离要求不小于50mm。表43 车身焊装合理点距一个焊件厚度(mm) 1 2 3 4 6二层板焊接的最小点距(mm) 15 25 30 40 60三层板焊接的最小点距(mm) 20 30 40 50 804三层板焊接时，其点距比二层板焊接时要适当大些，如表4-3所示。考虑焊点强度的稳定性，尽可能少采用三层板的焊接结构。焊点的合理布置并不能完全弥补由于产品结构本身设计不合理所造成的强度不足的缺陷。因此，为了提高产品的使用寿命，必须在设计合理的产品结构基础上，来考虑焊点的合理布置。五 焊装工艺规程的编制汽车车身焊装工艺过程是指各种零部件装配成组合件和分总成，然后在进一步焊装成总成件的过程。指导这一过程的工艺性文件就称为焊装工艺规程。它是车身生产中重要的指导性文件，其内容包括要焊接的零部件名称，装配焊接顺序，装配焊接方法，质量要求，检验方法，焊点数量、布置等，有利于生产组织和管理工作。1 装配工艺方案装配工艺方案是对车身产品焊装过程中的主要问题，作出原则性的规定。一般在立项时开始编制。其编制内容包括：（1）产品对象总成件及零部件、组合件的数量、名称和结构。（2）设备描述确定产品分散装配焊接方法，所需工位总数，各工位焊接方法，上料方式，工装设备，工位间距，工位间的传输方式等。（3）设计依据产品生产纲领，工装设备定位精度，工作区大小，设备开工率，水、电、气参数，设计数据和图纸等。（4）工艺方案各工位上料顺序，焊点数量，工装夹具方式，焊接方法，作业方式，作业时间等。（5）技术质量要求工装设备技术制造、操作要求，焊接质量要求，产品尺寸要求，焊接设备要求等。焊装工艺方案不仅在工艺原则上规定了工艺过程本身，同时也决定了生产组织和计划工作、厂房和车间的布置、各种设备和装备的配备，它直接影响到生产的周期、劳动生产率和生产成本，它是各种设备和装备选购的技术依据。2工作工艺规程工作工艺规程是装配工艺方案中每一个工序内容的详细具体说明，它是根据装配工艺方案进行编制的，也称工序卡。它规定了本工序各装配零件在夹具中的安装顺序、定位和焊接方法、焊接规范、时间定额、所用工具设备以及耗材等等。如表44为一张典型的工序卡片。第二节 焊装夹具的工艺方案设计轿车车身是由上千个冲压件、近5000个焊点焊装成一个整体，每个零件之间的连接必须在三维空间中依靠焊装夹具定位，零件与零件连接形成一个整体车身。每一个零件的连接精度，都是由焊装夹具来保证，它直接影响到功能部件，如发动机、转向器、变速器等的安装精度和性能。重要的外形部件，如保险杠、车门、发动机盖、后箱盖、前后灯等的安装平顺性，都与车身焊装形位精度有直接的关系。在进行焊装夹具设计之前，首先需要根据车身零件的形状、焊装工艺、焊点位置及数量来设计夹具的工艺方案，即设定焊装过程中夹具的定位基准及定位基准的形态。一 定位基准的基本概念基准是指某些特定（参考）点、线、面的组合，借以确定零部件中相关点、线、面的位置。按其用途不同，可分为设计基准和工艺基准。设计基准是指在产品图样上，设计者所选定的参考点、线、面的组合，用以确定零件轮廓、尺寸及形位公差等。工艺基准是指在加工过程中，直接用于测量、定位、安装零部件时的实际点、线、面的组合，它分为定位基准、装配基准和测量基准。夹具的定位基准是为了使焊好的车身组件、分总成件、总成件的位置与车身产品设计图纸、冲压成形零件的形状尺寸、车身测量数据在X、Y、Z方向上一致，所设定的焊装夹具的位置。合理选择夹具的定位基准，可以简化焊接工艺和夹具结构，并且容易保证车身零件的装配焊接精度和质量。选择夹具定位基准时，应尽量使其与车身零件设计基准相统一，减少因基准不重合带来的误差。1定位基准的种类和功能（1）定位基准面定位基准面有主基准和副基准两种。主基准面是为了保证被焊零件的准确定位。主基准面应该尽量设定在保证零件形状精度和刚性的位置上，而且数量尽可能少，一般主基准面为不可调整的形式。副基准面是为了校正零件、辅助焊接过程或辅助焊接设备而设定的，它能约束零件的扭曲和回弹、使零件保持形状不变、校正和约束焊接变形，是焊接工装结构上必要的基准，它设计成可调整的形式。（2） 定位基准孔定位基准孔也有主基准和副基准两种。主基准孔的作用是固定被焊零件，它用圆柱销约束零件的两个方向，在保证可靠定位的前提下主基准孔的数量应尽可能少。副基准孔的作用是防止被焊零件的回转，它可以用圆柱销或菱形销定位，一般选择零件上的长孔作为副基准孔，用菱形销约束零件的一个方向。（3）定位基准端定位基准端也有主基准和副基准两种。主基准端使被焊零件准确定位，它确定一个方向的位置，不可调整。副基准端是为了辅助焊接过程或焊接设备而设定的，它是约束焊接变形和焊接时两个零件错位的基准，设计成可调整的形式。2定位基准选择的优先顺序（1）考虑车身零件的制造工艺，定位基准确定的先后顺序为总成分总成组件零件。因为如果装配件的定位基准不确定，则不可能对零部件的精度确定及正确评价，也无法决定零部件的准确修正方向。同时为了使车身零件在制造过程中的变化要素最小，需要把含有更多变化要素的装配件上的定位基准首先确定。（2）为了确定车身零部件的位置，需要基准孔、基准面和基准端的组合，但是在同一方向上约束时，采用基准面、孔、端的顺序不同。考虑车身零件的形状，定位基准选择的先后顺序为基准面基准孔基准端。这与冲压零件的成形顺序一致，即先拉延后冲孔。优先选用基准面可以使相邻零件的贴合面累积误差最小，也容易补偿刚性不足的零件形状，而且如果基准孔的位置和孔间距不准确会造成被焊零件的位置不稳定。3定位基准位置的选定方法夹具定位基准的选定必须以冲压件零件图、装配焊接后的组件图、车身焊装工艺流程和工艺方案、车身装配公差要求以及基本车型的相关资料为依据。其选用方法为：（1）夹具定位基准面的厚度一般为16mm，只有地板框架处夹具定位基准面的厚度选为19mm。为了便于夹具设计与检测，定位基准面尽量选在与车线平行的位置，且与车线之间的距离为整数；若定位基准的位置与车线倾斜，则从车线处标注尺寸和角度。如图48所示。（2）定位基准面要尽可能选在断面形状一致的位置，尽量避免断面发生变化的位置，如图49所示。因为断面发生变化的位置容易造成零件变形，很难精确定位。（3）定位基准孔要尽可能与定位基准面不重合。这是因为基准孔与基准面的定位方向不同，当零件定位基准面发生变化时，定位基准孔的位置也发生变化。如图410所示。（4）分析整条生产线上各工位零件的构成以及各构成零件的位置，使定位基准的位置尽量选在能贯穿整条生产线的位置上，即生产线上各工位的定位基准尽量保持一致，以减小工位间的定位偏差。例如：前立柱组件 侧围总成 车身总成前后相互关联的工位尽量选择相同的定位基准。（5）定位基准尽量选在被焊零件有贴合要求或功能要求的位置，如有装配关系要求的面或孔，有位置尺寸要求的端部或孔等。（6）定位基准尽量选在容易上件取料的位置，容易实现焊装自动化的位置，以及使装配累积误差最小化的位置上。（7）对于相同零件的定位，其定位基准位置尽量要统一。（8）定位基准要选在可以减小焊接变形的位置上。当焊接面的长度足够时，可以将定位基准面直接选在焊接面上。（9）各被焊零件要尽可能单独定位，不能只依靠相邻零件型面的贴合来定位。第三节 车身焊装生产线焊装生产线（production line of welding），是指必须经过焊接工艺才能完成完整产品的综合生产线，它包括专用焊接设备、辅助工艺设备以及各种传输设备等。一 车身焊装生产线的发展过程汽车车身焊装生产线的发展过程大体可分为三个阶段：1 固定式单工位焊装台的小型焊接方式这种在发达国家50年代以前全靠手工操作组焊车身的方式，在国内的小汽车厂家中应用较多。它是各工位独立操作，被焊接车身零件主要依靠人工搬运，它的生产能力只能依靠工人操作的熟练程度，对设备自动化程度的要求几乎没有。由于单靠工人的熟练程度而提高生产能力是有限制的，所以以提高生产能力为目标进行了传送装置及专用焊接设备的开发研究工作。这样很快满足了提高生产能力的要求。但这种设备无法满足混流车型的生产。2 刚性焊接生产阶段1965年左右开发出利用机械控制系统来满足23种车型的生产。刚性焊接生产线属于传统制造系统，它具有以下特点：（1） 通常把作业划分为较多个简单工序；（2） 按分批投入的方式，顺序完成各简单工序；（3） 完成工序时间很短；（4） 单个工序自动化。目前这种刚性焊装生产线仍然有一定的应用，但随着先进制造技术的蓬勃发展，这类生产线正在面临着技术改造的艰巨任务，处于淘汰之中，在轿车生产中所占份额正急剧减少。处于这个阶段的我国汽车焊装线以一汽大众汽车有限公司捷达轿车车身焊装设备与上海大众汽车公司车身焊装线为代表，前者总成工位及车身主焊线采用焊装自动线，广泛采用各种类型的多点焊机和焊接机器人，工艺先进，自动化程度高；后者由于采用国外先进技术，工艺先进，但自动化程度较前者低，采用悬挂式点焊机等设备，手工焊接仍占较大比例。3 柔性焊装生产阶段世界汽车发展的趋势是由大批量生产向多品种、小批量生产转化，为了满足汽车消费者广泛而多样化的需求，适应汽车市场的激烈竞争，必须不断缩短车型变换周期、加快车型的更新，柔性焊装生产线就是适应这一发展趋势而设计制造的。由于计算机的飞速发展以及控制领域的技术提高、机器人的发展、工具的柔性化，1975年正式开始了汽车焊装生产线的自动化研究，且研究出为满足消费者多样化需求的柔性生产系统。柔性焊装生产线的特征是大量使用工业机器人、数控焊钳、可快速更换的工装设备和非同步输送带、可编程控制的自导车，它能方便地适应几个基本车型及若干变型车的同时生产并易于适应以后的改型。柔性焊装生产线属于柔性制造系统（FMS），FMS的柔性是指对产品的柔性，即系统为不同的产品和产品变化而进行设置，以达到高的设备利用率，减少制造过程中零件的中间存储，对于顾客需求具有快速响应的能力。与刚性焊装生产线相比，柔性焊装生产线主要特点为：（1） 把作业仅分为几个工序；（2） 不同批次的不同工序可以重叠投入；（3） 完成工序加工时间快和不变；（4） 全部加工工序自动化；（5） 产品的焊接主要由焊接柔性制造系统完成。在德国的大众、宝玛格、日本的本田、瑞典的沃尔沃、美国的卡特比勒等公司均大量使用车身柔性焊装生产线。德国Benz的Sindelfingen工厂布置有三条车身焊接总装线，三条地板总成线及相应的中地板、前后地板线等，共有焊接机器人1000余台，自动化率为95，生产约10个车型，二班制时日产16001700辆。在车身制造中，选择哪种型式的车身焊装生产线和需要多少焊装设备，取决于生产批量的大小，车身质量的要求以及工厂的场地和投资情况。在我国，经过近15年的大力发展，汽车制造业取得了很大进步，从国外引进了轻型车、面包车、轿车等各种类型的汽车，各主要汽车厂家形成了一定的生产规模，基本上具备了一整套较为完善的生产、管理及技术保证体系。但车身焊装生产线还是主要依赖从国外全套引进，缺乏自主独立开发能力。引进的焊装生产线大都是国外80年代的产品，属于刚性焊装生产线，自动化水平不高。二 车身焊装生产线的组成车身焊装生产线是轿车、微型客车等车型生产过程中的几个主要生产线之一，其空间作业内容复杂且自动化程度较高。车身焊装生产线是汽车白车身（BODY IN WHITE）全部成型工位的总称，它由车身总成线和许多分总成线组成，每一条总成线或分总成线又由许多工位组成。线间、工位间通过搬送机、机器人等搬送设备实现上下料和零部件的传送，以保证生产线内各工位工作的连贯性。分总成线又包括许多独立的组件焊装工位，每个工位由许多定位夹紧夹具、自动焊接装置及检测装置等设备以及供电供气供水装置组成。1 车身完成线（SLAT LINE）车身完成线是一条车身装配生产线，它通过铰链连接方式分别将焊装好的前后车门，翼子板，发动机罩，行李厢盖或背门与车身本体连接装配，形成白车身（Body In White），同时对车身焊接质量进行检测和修磨。如图4所示为一条车身完成线的组成。图4 车身完成线示意图车身完成线的特点是整条生产线不需要焊接，是机械铰链连接，属于可拆卸连接，无任何焊接设备；基本上是手工作业；是整个车身焊装生产线的最后一道工序，完成后的产品即为白车身，将输送到涂装车间进行表面处理。2 主焊线（MAIN LINE）主焊线是车身焊装车间最重要的一条焊装生产线，它完成车身六大分总成（地板，左右侧围，顶盖，通风罩及仪表板，后行李台）的焊接，有时也叫车身总成生产线。车身总成工位是主焊线上的一个核心工位，在这个工位上，实现六大总成的装配。其中地板总成的上料是通过地板传送机构（UNDER SHUTTLE）直接传送到总成工位；侧围总成的自动上料方式有移动式、旋转式、移动翻转式和24位翻转基座式；顶盖、通风罩、后行李台是利用自动输送机械（AUTO FEEDING MACHINE）上料。在主焊线上一般还设置有若干个补焊工位，完成车身本体的补焊（RESPOT WELDING）。从主焊线上生产出来的产品通过升降机设备传送到车身完成线上。如图4为一条典型主焊线的组成示意图。图4 车身主焊线示意图3 地板总成线（UNDER BODY LINE）地板总成线完成发动机室、前地板和后地板的装配焊接。地板是车身结构中强度相对较大的部分，常常需要布置有二氧化碳焊机进行补焊。根据自动化程度不同，地板总成线上设置有工位间传送机构，焊装夹具，机器人点焊系统，涂胶设备，升降机等等。4 侧围总成线（SIDE FRAME LINE）侧围总成线完成侧围内外板的结合，一般它有左右对称布置的两条生产线。在侧围总成线上布置有工位间传送机构，焊装夹具，机器人点焊系统，涂胶设备，自动输送机械等等。如图为典型侧围总成线布置示意图。图 侧围总成线示意图5 移动线（MOVING LINE）移动线主要是指车门焊装线，发动机罩&行李厢盖焊装线，翼子板焊装线。车门、发动机罩、行李厢盖焊装线都是经过涂胶、折边、焊接、完成等工序实现内外板的结合。它的主要设备有内外板焊装夹具，折边机，转换压模，输入输出设备，涂胶设备，铰链装配夹具，二氧化碳焊机等等。如图为一条车门总成线布置示意图。6 子线（SUB LINE）子线主要是指车身中的一些组合件、分总成件的简单小型焊装线，如顶盖焊装线，通风罩焊装线，后行李台焊装线，发动机室焊装线，前地板焊装线，后地板焊装线，前立柱焊装线，中立柱焊装线等等。根据自动化程度不同，子线可以设计成单工位独立操作形式，也可以设计成几个工位流水线操作方式；被焊零件在各工位之间可以应用手工或者自动传送。三 柔性焊装线上的组成单元柔性焊装生产线是为了适应用户不同产量、不同生产率、不同自动化程度、不同工厂环境的要求而设计的。柔性生产系统是车身焊装线的全球发展趋势。柔性组成单元主要包括：柔性焊装夹具，自动焊接装置，点焊设备，车身总成工位，自动输送机械，传送机构，升降机，折边机，机器人系统，电控系统，其它机构等等。1 柔性焊装夹具 （JIG）为了适应不同车型，柔性夹具一般采用两种结构型式：一是固定式，它设置在各种车型断面相同或相似的位置；二是切换式，在不同车型断面相差很大的情况下，利用切换式夹具分别适应不同车型的定位夹紧，有旋转和移动两种方式。如图所示。a.上下移动切换夹具 b.旋转切换夹具图4 柔性焊装夹具2 自动焊接装置（AUTO GUN）由于手工焊接劳动强度大，生产率低，且焊接质量难以保证。随着焊装生产线自动化程度的提高，它逐渐被自动焊接装置所代替。自动焊接装置是由自动焊钳及其附属设备组成，相比焊接机器人而言，它的投资少且焊接接近性好，是我国汽车车身焊接的发展方向。根据冲压件上要求焊接的焊点数目和位置不同，其自动焊钳的布置方式也不相同。当只需要焊接一个点且焊钳与焊件之间不会发生干涉时，可将焊钳简单布置成固定形式，但在大多数场合下为了避免焊钳与焊件的运动发生干涉，需将它设计成转动式或平移式，而且平移式的自动焊接装置还适用于焊接一条直线上的多个焊点。如图 所示。a. 固定式 b. 旋转式 c. 平移式 图4- 自动焊接装置3点焊设备（SPOT WELDER）为了满足不同用户的要求，根据成本以及焊接自动化程度的不同，可以选择不同的焊接方式，主要有手工点焊PSW（Portable Spot Welding），自动点焊ASW（Auto Spot Welding），机器人点焊RSW（Robot Spot Welding）。如图4- 所示.4车身总成工位（MAIN BUCK）车身总成工位是主焊线上的核心工位，它是将地板总成、左右侧围总成、顶盖总成、通风罩及仪表板和后行李台总装焊接，形成车身焊接本体。其侧围上料方式主要有移动式，旋转式，移动翻转式，24位翻转基座式。a. 手工点焊 b.机器人点焊图4- 点 焊 设 备如图 所示。它的特点是利用伺服电机和齿轮马达驱动实现翻转，而移动和旋转一般依靠气缸或液压缸提供动力。a. 移动式 b. 旋转式c. 移动翻转式d. 4位翻转基座式图4- 车身总成工位5自动输送机械（AUTO FEEDING MACHINE）自动输送机械主要用于被焊零件在线与线或工位与工位之间的移动。它主要有两种结构型式：连杆型和气缸型。连杆型结构是以电葫芦作为驱动力，伸缩连杆用铰支销连接，它可用于比较大的行程要求，而且安装时高度空间占用少。如图a所示。气缸型结构是以气缸作为驱动力，它能够高速准确定位，并且简单、可靠，但在安装时要求有足够的高度空间。如图ba.连杆型结构 b.气缸型结构图4- 自动输送机械6.传送机构（SHUTTLE）传送机构可以设置在主焊线、移动线、地板线和侧围线中，用于将零件快速准确地移送到要求的位置。根据传送机构相对于被焊零件的空间位置可以分为底置传送机构（UNDER BODY SHUTTLE），顶置传送机构（OVER HEAD SHUTTLE）和侧置传送机构（SIDE SHUTTLE）。传送机构的工作原理如图4所示，一个循环包括上升前进下降后退四个动作环节，每往复运行一次，工件随之向前传送一个工位。因而它主要由升降机构和送进机构组成。升降机构有自顶升方式和同步顶升方式两种。自顶升方式是导柱导套导向，气缸直接顶升，它结构 图4- 传送结构工作原理简单，成本低，适用于中小件的分总成焊装线。同步顶升方式主要有四连杆机构和齿轮齿条结构，其工作原理分别如图4-a，b所示，气缸为动力源。送进机构大多由电机驱动，其安装方式有两种，一种是将电机安装在被举升的托架平台上，电机通过减速机与齿轮齿条机构连接，直接控制托架的平移运动；另一种则是将电机安装在固定的平台上，通过万向连接扭杆连接齿轮齿条机构，它可以减轻举升重量，但万向杆要传送扭矩，同时又要上下摆动，有较大的功率损耗。如图4-所示.a.电机安装在升降平台上 b.电机固定安装图4- 送 进 机 构7.升降机（DROP LIFTER）升降机用于上下方向将零件、小车或零件物架装载（或卸载）到传送机构中。它主要有两种型式：一种是将台车或物架装载（或卸载）到焊装线的（a） .台车装卸升降机 （b）.零件装卸升降机图4- 升 降 机起始或终止工位；另一种是用于上料或卸料，它适用于任何传送系统中。如图 所示。8折边机（HEMMING PRESS）折边机是一种液压控制的压力设备，它的压力大于100吨，用于车门、发动机罩、行李厢盖焊装线上内外板的包边。根据不同的车型，可通过更换模具进行生产。9机器人系统在白车身焊装生产线中利用多轴机器人进行二氧化碳焊接、点焊、涂胶和上下料，大大提高了焊装生产线的自动化程度和生产效率。10电控系统随着焊装生产的机械化和自动化水平的不断提高，要求在高效生产的同时能保持稳定的焊点质量，并能通过报警及时发现焊装线在生产中出现的故障，立即予以排除。为此，需要建立一套控制系统，能够及时了解整条焊装线上各工位的工作情况，并能对点焊过程出现的一些外界影响因素自动补偿。在汽车焊装线的控制中广泛应用可编程控制器PLC（Programmable Logic Controller），它具有响应时间快、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺而改变、易与计算机接口、维修方便等优点，而且体积小、寿命长，抗干扰能力强。四 车身焊装线的型式根据焊装夹具的工位布置以及与传送机构是否分离，可将焊装生产线分为以下几种型式：1 独立工位各工位独立操作，相互无关联，零部件采用人工搬运、储存。它一般用于批量不大且装配件数量少的组合件焊接中，如顶盖工位的焊接。2 流水线方式将各工位有序地排列起来，工位间的工件采用电动或手动搬运工具搬运，基本上无中间储存环节。它一般用于批量不大，但装配件数量多，需要采用分散装配焊接方法进行操作的分总成焊接中。如哈飞HFJ6330A的侧围焊装生产线，北汽福田BJ6480地板焊装线都是采用这种方式。3 贯通式焊装线将各工位等距离排列，工位间的工件采用自动传送机构进行传输，焊装夹具与工件传送机构呈分离状态，焊装夹具处于静态，工件在静态下装夹和施焊，容易保证定位精度。这种焊装线在国内外汽车车身制造中使用普遍，适合于专用焊机的配置和悬挂点焊机的手工操作等工艺方法。长春一汽原CA-10B驾驶室总成装配线是一条比较典型的贯通式焊装线，是由固定焊装台、悬挂式点焊机及间隙式双轮链式传动机构组成。如图所示。图4- CA-10B驾驶室总成装配线全线共有六个工位，其中有四个焊装台，一个电弧焊转台及一个翻转电弧焊台。线上配有16台悬挂式点焊机和两台直流弧焊机。生产节奏为4min/辆，全线共1820人。工序内容如下。（1） 第一工位：将地板总成、前围骨架总成（前围内盖板及发动机挡板总成）及后围骨架总成装配在一起，以地板及门洞夹具定位，点焊10处。点完后再装配四个门铰链。（2） 第二工位：是电弧焊工位，设有顶起及回转夹具。主要是焊接驾驶室骨架总成的加强处。（3） 第三工位：是焊接工位，焊接地板和发动机挡板连接处。（4） 第四工位：是覆盖件装配焊接工位，将前围（上盖板及左右盖板总成）、顶盖总成、下后围及风窗支柱等装配到驾驶室骨架总成上，并焊接门洞及前风窗口的焊点。（5） 第五工位：装配焊接左、右门槛总成，并焊接后风窗口，前围盖板和发动机挡板连接处，下后围和地板连接处。（6） 第六工位：将驾驶室翻转90，焊接门槛和前、后围连接处，并以电弧焊加固地板连接板、发动机挡板和地板处。随着产量的增加，还可适当增加工位，将装配和焊接工作量进行调整。图4所示为东风汽车公司EQ1141驾驶室焊装线。该线采用抬起步伐式往复输送方式，这种焊装线输送平稳，定位精度高，占地面积小，分总成上线方便，可适用于悬点、多点、机器人以及气体保护焊的焊接，是国内外汽车厂家普遍采用的新型焊装线。该线传送装置的升降采用凸轮铰链式，用双向气缸推动升降臂，可将传送装置抬起810mm，前后输送采用往复式输 图4EQ1141驾驶室焊装线送方式，用变频电机作为动力带动齿轮，使与其啮合的齿条前后运动，来完成驾驶室的输送工作。电控系统采用了可编程序控制器，可控制装配线的同步抬起和落下、输送装置的往复运动、车型的识别、驾驶室固定位置的检测以及故障诊断等。该焊装线有11个工位，工位间距5m，传送速度20m/min，重复传送精度为0.5mm，传送时可低速起动，高速输送，低速接近终点。可生产各种系列的驾驶室。图4-所示是济南重汽斯太尔驾驶室地板带骨架总成焊装生产线，由烟台宇信科技公司设计制造。年生产能力为12500辆份，生产节拍为8.16分/辆份。左右地板总成线各一条，这两条线的布置和结构完全一样，焊装线全长14米，三个工位，工位间距为3米。图4 济南重汽斯太尔驾驶室地板焊装线一工位左右地板共用一台机器人焊接，并设计有自动旋转工作台，将一工位焊接好的零件旋转180后传送到二工位进行上料焊接；二工位左右地板也共用一台机器人焊接，一二工位采用人工辅助上料；三工位为人工补焊及下料工位，一二工位未焊的熔焊缝在三工位用二氧化碳焊接，三工位设置顶升装置，以方便操作工人将焊完的地板总成悬挂于人工输送链上。两台点焊机器人是ABB公司的IRB6400R/150/M2000垂直多关节6轴机器人，由交流伺服电机驱动，重复定位精度为0.1mm，各轴的自由度分别为：180，7085，11028，360，120，300。为了防止机器人误伤操作者，一二工位设置有光栅传感安全装置。三个工位之间工件传输采用升降往复杆机构自动传送，其动作顺序为上升前进下降后退。上升下降采用气缸直接驱动方式，前进后退采用马达齿轮齿条机构驱动，并采用变频器调整速度，且设有前后进锁定机构、限位机构、缓冲机构和检测机构。往复杆机构的功能为在三个工位之间自动传输已焊接好的工件，其重复定位精度为1 mm。焊装流程是：工位1装入轮罩总成、地板总成、纵梁总成、轮罩支撑梁、踏板支架，机器人焊接150个焊点；工位2装入门槛下挡板总成、前内横梁总成，机器人焊接146个焊点；工位3人工二氧化碳补焊8处，半自动下料。这条焊装线通过各工位的柔性夹具可实现三种车型的驾驶室地板生产。图4所示是法国雷诺汽车公司R16轿车侧围焊装线，由法国西雅基电焊机厂设计制造。图4 雷诺R16轿车右侧围焊装线左右侧围总成各一条，这两条线的布置及结构完全一样，焊装线全长20m，5个工位，操作工人7人，生产节奏1min。全线布置有四立柱式多点焊机1台，悬挂式点焊机9台，焊点250点。工件用往复杆传送。焊装时，侧围外表面朝下。第一工位将整体的侧围外板装入，同时装上后柱下段和中柱的厚加强板，3人用悬挂焊钳点定后，焊装台下降，把工件留在往复杆上，传送至第二工位。第二工位焊装台托起工件，并回转到接近垂直位置，由1人用2台悬挂焊钳将内部焊点全部补齐，焊后台面回至水平位置并下降，以便工件传送。第三工位将后内挡泥板及其加强板合件装入（此合件是在附近的三台转台式焊装台上用焊钳预先焊装好，并在后内挡泥板搭边处涂上密封胶），再将上框内板装入，然后用两把焊钳自动点焊，另有两人用焊钳手工点焊。第四工位多点焊。分四次点焊140点。第五工位由1人用两台悬挂点焊机进行补焊，焊好的侧围总成下线。图所示为日本日产轿车车身焊装线。全线有7个工位，7个操作工人，生产节奏为1.2min，月生产能力为16000台。每台焊点280点。图4日本日产轿车车身焊装线该车身总成由底板带前端总成、左右侧围总成、顶盖及一些上下窗框、外板等组成，如图 所示。焊装流程是：工位1装入底板。工位2空位。工位3预装。将左右侧围总成，前风窗上、下框，后围上、下外板装入并点定。工位4多点焊，焊点166点。工位5补点焊。工位6装顶盖及补点焊。共补焊114点。工位7下线。图4 日本日产轿车车身焊装流程这条贯通式焊装线的特点是将构成车身壳体所需的底板前端总成、左右侧围总成、前后风窗的上下框等所有零部件，在一个工位上一次预装定位，然后进行多点焊及补点焊。这样可节省人力。4 台车式焊装生产线台车式焊装生产线中焊装夹具处于动态，它设置在台车上随其一起运动。根据台车上夹具的布置不同适合于生产不同的车型，是典型柔性车身焊装线的型式。如图为台车结构，它是由台车座、焊装夹具、供电供气装置、运动滚轮和定位制动装置组成。根据台车驱动方式不同可以分为牵引式台车和自驱动台车，牵引式台车是通过移动装置来实现台车的横向和纵向移送；自驱动台车则是通过台车上的电拾取装置与自驱动系统来完成台车的环线移送。图4 台 车 结 构台车式焊装线是由主焊线和储存线连成的闭环线，其储存线连接主焊线的首尾，完成空台车循环输送和备用台车的存放，多个车型的台车可以并行存放。台车式焊装线的布局型式主要有以下几种：（1） 椭圆形地面环形线如图所示，台车行走的导轨首尾相连，台车可连续循环使用，传送位置最简单，但是设备占地面积较大。（2） 矩形地面环形线如图所示，台车可通过两端的横向移动装置前进或返回到原始位置，设备占地面积较小，但移动装置复杂。图4 椭圆形地面环形线 图4 矩形地面环形线（3） 上下环形线如图所示，有高架式和地坑式两种。高架式台车线是通过两端的升降装置从空中台车储存线回到地面进入主焊线；地坑式台车线将台车储存线放入地坑中，由提升装置将台车提到地面进入主焊线。这种台车线占地面积小，但传动装置比较复杂。图4高架式上下环形线 图4 地坑式上下环形线（4） 门框式焊装线门框式焊装线实际上是一条闭式循环的悬链，悬链下悬吊着一个个“门框”，一个“门框”就是一台悬吊式的焊装夹具。在英国利兰汽车公司的莫里斯玛丽娜牌轿车车身焊装线上应用了这种焊装线，设计产量是每周5000辆，左右侧围总成各有一条焊装线，每条装有44台“门框”，如图4所示。以右侧围为例，AB段共有20个工位，将右侧围零件依次装入“门框”图 4 “门框”式焊装线内，定位夹紧后用悬挂式点焊钳进行点焊。AB段安排在正对车身环形焊装线EF的直线段的阁楼上。焊好的右侧围总成随同“