0 前言
随着汽车行业竞争的白热化,车企不仅要不断推出款式新颖、质量可靠和性能卓越的车型,同时在整车制造的成本、改造周期、场地和生产速率方面都有了更高的要求。焊装车间作为新车型整车制造四大车间中投资比例最高的一项,其工装柔性化程度关系整车制造成本的控制,焊装车间工装具备高精度、高负载、高速传输等特点。当前,总拼 GATE 系统是目前各大主机厂总拼工位最主流的工艺设备之一,该系统可满足4/6 车型混线生产,其结构和特性决定了侧围与下车体合拼的关键尺寸精度,最终影响白车身的合格率和生产效率。
奇瑞公司焊装主线侧围总拼 GATE 系统主要通过龙门框架式定位机构来增强合拼后的强度及精度,这种方案的主要缺点是:BASE 采用临时加强,整体结构强度低(4903 N 最大受力偏差 1.3 mm),造成尺寸精度一致性差;抱死机构非常复杂,工位空间拥挤,机器人动作轨迹复杂,导致产线整体节拍效率低。因此必须寻找更加科学合理的侧围总拼柔性 GATE 精度提升方案,对GATE 系统进行最大限度的创新优化,解决焊装生产线目前存在的难点和痛点。
1 侧围总拼柔性 OPENGATE 系统精度提升方案
1.1 方案可行性分析
目前,奇瑞公司焊装车间侧围总拼 OPENGATE 系统 4903 N 负载验证最大偏差值为1.3 mm,不满足4903N 负载验证偏差值在 0.5 mm 范围内的要求。如图1所示,通过案例实际分析导致尺寸精度一致性差、受力偏差大最主要的原因是 BASE 自身刚性不足。综合考虑项目的人力、材料、物力及机械设备等各方面因素,我们判断采取有效措施,可以解决 BASE 自身刚性不足问题,从而使OPENGATE 负载验证偏差值降低到0.5 mm 以内。
图1 导致尺寸精度一致性差原因统计
1.2 定位机构优化
如图 2 所示,对 GATE 系统定位机构进行优化,细节优化多达 28 项,主要优化点如下:
图2 定位机构优化
(1)定位挡边由5mm改为13mm,增加受力强度。
(2)插销轴承安装座由内侧改到外侧,便于维修。
(3)增加花纹板,防止灰尘,便于维修。
(4)拖链由两条改为一条,走线更加美观。
(5)Y 向滑移1m 改为650mm,摆臂更改,节拍提升。
(6)增加风琴式随行防护罩,减少焊接飞溅对轴承的损伤。
(7)X 向切换单元由侧边牵引改到中间,受力居中均匀,切换时减少侧向受力。
(8)Z 向受力螺栓由 2 个改为 4 个,上下限位轮同步接触,限位块面与滚轮贴合。
1.3 BASE 框架优化
如图3所示,原 GATE 系统的 BASE 板采用临时加强,是局部贴板结构,整体结构强度偏低。新方案将BASE板局部挖空,优化为一整块完整的BASE板,从而提升整体结构强度,并且在BASE 框架背面增加加强支撑,提升BASE结构Y向刚度。
图 3 BASE 框架优化
1.4 BASE 结构优化
BASE结构优化如图4所示,原 GATE 系统通过龙门框架定位机构来增强侧围合拼后的强度及精度,新方案采用左右BASE对抱机构,在提升BASE框架刚性基础上取消龙门定位机构。左右 BASE对抱机构的优点是可进一步加强左右侧围的Y 向尺寸控制,并且龙门定位机构取消后,新的 OPENGATE 系统占地面积更小,提升工位空间、机器人站位空间以及 SPR 铆接枪的操作空间。
图4 BASE 结构优化
1.5 刚性验证
1.5.1 侧围总拼 BASE 刚性 CAE 分析
利用 ANASYS有限元分析软件对主拼刚性进行CAE分析,夹紧单元负载所产生的作用力,通过施加载荷的方法进行简化处理。如图5所示,施加5000 N作用力情况下,新方案实施前的侧围最大变形量为0.165 mm,新方案实施后的侧围最大变形量为0.097mm。
图5 侧围总拼 BASE 刚性 CAE 分析
1.5.2 刚性验证结果
如图6所示,对侧围内、外主拼左右两边1001工位和1002工位各取6个位置点进行刚性验证。对验证结果进行统计分析,各位置点最大受力偏差值如图 7 所示,右侧内主拼1001工位受力偏差为0.551mm, 可近似为0.5mm,其余验证点受力偏差值均小于0.5 mm,因此刚性验证结果表明新方案能够达成施加4903N受力偏差均在0.5mm 范围内(图 7)。
图 6 刚性验证取点
图 7 各位置点最大受力偏差值统计
2 方案实施情况
2.1 焊装车间方案实际实施情况
如图8所示,侧围总拼柔性 OPENGATE 系统精度提升方案实施后,取消龙门框架式定位机构,采用左右BASE 板对抱机构,整体结构强度提升,确保定位精度。龙门框架取消后,使得工位空间开阔,机器人动作轨迹简单,可根据节拍要求增加机器人数量,单位时间内机器人焊点增多,整体提升节拍效率。
图 8 现场实施情况
2.2 车间现场验证情况
在产业园二期EH3侧围内板合拼工位,工作人员使用撑杆对左右两侧A柱、B柱和C柱施加 4903 N,通过FRAO 关节臂和压力测量仪对左右两边 A 柱、B柱和 C 柱受力偏差进行测量,对受力偏差测量结果进行统计,见表1。对现场实际验证偏差值统计结果进行分析,如图9所示,可以看出,受力偏差均在 0.5 mm范围内,满足公司生产的精度要求。
图9 现场实际验证偏差值统计
2.3 方案效果确认
方案实施后,对E03和E0Y两个项目的实施情况进行统计和效果确认。如表2所示,经过2个不同项目针对已评审的夹具BASE负载报告进行统计,结果显示最小变形量为0.243 mm,最大变形量为0.453 mm,说明措施有效。进一步对2023年OPENGATE负载验证偏差值进行效果确认,对E03 和E0Y两个项目分别选取3个测量点进行测量,并对OPEN-GATE 负载验证偏差值进行统计,图10显示出了E03项目最大偏差值是 0.452 mm,E0Y 项目最大偏差值是0.243 mm,这说明侧围总拼柔性 OPENGATE系统精度提升方案在实际生产中有效,满足生产要求。
图10 现场实施效果确认统计
3 成果效益及推广价值
3.1 方案主要创新点
(1)取消龙门框架式定位机构:原总拼柔性 GATE系统,侧围总拼夹具抱死依靠龙门框架式定位,占地面积大,且限制机器人站位空间和进枪空间。
(2)采用侧围总拼夹具 BASE 对抱形式:占地空间小,制作成本相对较低,整体结构强度足够高,满足定位精度要求。
(3)提升机器人占位和进枪空间:工位可增加机器人数量,满足增加单位时间内机器人焊点数量,简化了机器人关节臂动作,提升夹具动作节拍。
3.2 经济效益
(1)公司每年平均做10个OPENGATE 项目,未改善前BASE采用临时加强,抱死机构非常复杂,改善后巩固期内单个OPENGATE 项目可节约成本70586元,每年在该项目上可节约70万元。
(2)侧围总拼柔性OPENGATE 系统最宽工位的线体宽度可减少2m,可减小焊装车间面积约 600m2 ,减少固定投资约150万元,奇瑞产业园一期和二期项目总计节约固定投资约300万元。
3.3 推广价值
侧围总拼柔性 OPENGATE 系统侧拼 4903N 受力偏差1.3mm 降为0.5 mm ,提升设备重复定位精度达62%。总拼 GATE 系统动作时间由原来的 29s缩短至19s,整体节拍提升35%,达到行业先进水平。取消龙门框架机构后,机器人工位增加,单位时间内机器人焊点增多 , 每台机器人焊点增加2个。总拼GATE系统通过结构的优化,合拼到位后,抱死机构取消,降低了制造成本,增加了机器人焊接空间,提升了企业核心竞争力,在行业内具有非常好的推广应用价值。
4 结论
通过对汽车焊装车间侧围总拼GATE系统进行创新优化,提升了侧围合拼后的尺寸精度。新方案实施后,尺寸达标率已经达成96%,硬点尺寸达标率100%,满足车间生产需求,同时提高了白车身的合格率和生产效率,后续整车装配的稳定性也得到提升,全面提升了产品质量,确保可以将更好的产品交付客户。
参考文献
[1] 叶浩,黄水儿,郑春晖,等.整车厂焊装车间生产效能提升策略[J]. 机电技术,2023,(03):117-120.DOI:10.19508/j.cnki.1672-4801.2023.03.031.
[2]高勇.汽车焊装生产线改造的探索与应用[J].汽车实用技术,2023,48(10):181-186.DOI:10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.010.037.
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