轎車白車身焊接生產線設計及虛擬設計技術應用研究

劉天宇

摘 要：本文重點描述了轎車白車身焊接生產線設計環(huán)節(jié)，并就虛擬設計技術在其中的應用內容進行了簡要描述。

關鍵詞：轎車白車身;焊接生產線;虛擬設計技術

當前我國的多數轎車白車身均以焊接生產流水線的方式進行生產，為滿足日益增長的汽車需求，應就焊接生產效率提升以及生產成本降低等要求，結合實際生產情況進行深入分析，進一步提高焊接生產線的先進程度以保證其制造質量與生產效率。我國目前與國外柔性、多車型制造的高自動化汽車制造企業(yè)仍有不小的差距，因此更應對焊接生產線進行重新優(yōu)化與設計，并在其中應用合適的虛擬設計技術以快速提升自身的研發(fā)與制造能力。

1 幾種主要的生產線設備設計

1.1 焊接設備設計

焊接生產線中焊接設備是基本的構成部分，可以將其歸納為兩個大類：焊機與焊槍。以車身焊接為例，通常采用電阻焊的方式將各個零部件進行焊接，這種焊接方式的應用主要是以電流作為焊接工具，利用不同工件之間存在的電阻使其發(fā)熱融化從而將其連接起來[1]。按照不同的應用手法可以將其分為凸焊、縫焊與點焊，一般車身焊接的過程中應用點焊的方式較多，每生產一臺轎車大約要經過5000次以上的焊接操作。

轎車白車身焊接生產線以移動式焊機為主，包含滾輪、數據線纜、導軌以及焊鉗等，通過在平面上的自由垂直運動能夠對不同位置進行焊接。而控制焊接的電氣柜中又涵蓋了水路控制閥、氣路控制閥以及變壓器等，以方便操作人員根據部件的不同特性與焊接要求隨時調整焊接使用的電流與時間。其應結合具體的夾具與焊接件情況制定設計方案，防止夾具與焊件之間發(fā)生干涉現象。常用的焊鉗臂運動方式包含X型與C型兩個種類，兩個種類分別應用于不同的焊接部位（水平與豎直）。

1.2 輸送裝置設計

輸送裝置的作用是將各個獨立的工件運送到合適的位置以進行后續(xù)焊接，主要包括循環(huán)式與往復式輸送裝置。對于輸送裝置來說，其中關鍵零件的應用強度決定了生產線的生產質量，因此必須在實際使用前對其進行校核，包括強度校核與使用壽命校核等。另外由于在生產線中存在著具有質量大、運行速度快特性的設備類型，使得其沖擊慣性較大，為保證正常使用應安裝緩沖裝置，以免影響設備使用壽命、增加安全事故的發(fā)生風險。

1.3 焊接夾具設計

設計焊接夾具的目的是保證不同工件之間的位置關系與焊接質量，使其即使在焊接過程中也能保證其不脫離預定的幾何位置[2]。這種夾具的結構與一般的零件夾具并無太大差別，包含夾緊、定位、傳動等功能，能夠將零件按照圖紙與工藝需求將其固定在對應位置，使得焊縫與焊點符合生產要求。

依據焊接夾具的不同運動方式可以將其分為氣動、手動以及電動等，又可以將其分為點固、分總成等，按照不同的工件需求使用固定或移動兩種形式的夾具類型。隨著時代的發(fā)展與進步，焊接夾具的選擇類型也在逐漸增多，以模塊化思路為基礎產生了一種基于氣缸連桿機構的夾緊工具，在對其進行設計并應用于實際生產線中僅僅需要知曉角度與具體的零件安裝尺寸即可，但必須遵循沖壓件與夾具之間不發(fā)生干涉現象的基本原則。結合需要的工件夾緊具體要求后就可以構建三維結構模型，按照強度與壽命等需求挑選合適材料，最終形成符合現場生產條件的焊接夾具。

1.4 焊接機器人設計

針對于柔性車身焊接生產線，作為其中的核心部分，焊接機器人一直以來都是保證生產線焊接質量的關鍵因素。即使有車型的更改需要，僅僅需要依據具體型號與尺寸改變運動程序即可，在提高工作效率的同時也大大減輕了員工的工作量，并充分保證了人員操作安全。其包括控制系統、焊槍、輔助焊接設備以及焊接控制器等。

2 虛擬設計技術的具體應用

2.1 虛擬環(huán)境構建

作為虛擬環(huán)境與設計的構建基礎，三維CAD系統是設計的主要工具。由于白車身的曲面結構較多，僅僅應用二維設計不僅難度大，且需要繁復環(huán)節(jié)才能將各個部件的具體結構表述清楚，浪費了大量的設計時間，因此三維CAD系統在虛擬設計技術的應用環(huán)節(jié)具有十分關鍵的作用。

當前已經成熟的虛擬仿真系統主要分為企業(yè)專用、大學研究以及商品化通用三種類型，已經商用化的系統通常較為昂貴，在確定應用該種技術前應對市場環(huán)境以及企業(yè)自身生產線進行深入分析，以提高系統的應用效果[3]。成熟的系統應包含人機工程分析、運動仿真等功能，最主要的是能夠將整個生產過程模擬出來以便于后期對生產環(huán)節(jié)進行完善與優(yōu)化。

2.2 虛擬仿真設計

ROBCAD是一種常見的虛擬仿真工具，由于其涵蓋了諸多與焊接生產線相關的知識，因此將其應用至白車身焊接生產線中極為適合[4]。再加上其與CAD軟件之間非常方便的數據傳輸接口，即使有后期的數據修改也能將修改結果直接輸入至仿真系統中，節(jié)約了大量的時間。在進行仿真設計時由于三維CAD文件中包含的冗余數據較多，為了避免影響仿真過程可以將其轉為面片數據格式，以最大程度的提高仿真過程的實時性。

3 結語

綜上所述，我國作為汽車產銷大國，對生產線進行持續(xù)性的優(yōu)化與設計是必然過程，同時也是提高生產效率、加強創(chuàng)新的重要前提。因此，應從電氣、控制等方面對白車身焊接生產線進行優(yōu)化設計，并結合企業(yè)實際情況選擇添加“工位級”的機器人，設計更高標準的柔性與多車型混流焊接生產線，以滿足更高的白車身焊接需求，這也是未來生產線發(fā)展的主要方向。

參考文獻：

[1]許俊芳.基于ROBCAD的焊裝線的設計、規(guī)劃及仿真[D].廣東工業(yè)大學，2017.

[2]董鴻儒，王黎青，顧冬等.汽車內飾門板的焊接仿真系統設計[J].工業(yè)控制計算機，2019，32（03）：8-9，12.

[3]李怡林.基于RobotStudio的雙機協同工作站仿真設計[J].河南科技，2019（25）：14-18.

[4]李鵬.多工業(yè)機器人圓環(huán)鏈生產線開發(fā)及軌跡規(guī)劃與仿真研究[D].西安理工大學，2017.