（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

0 引言

該簡(jiǎn)易柔性頂蓋分拼線的開發(fā)目的在于，為國外某公司的一款轎車（包含兩廂、三廂及天窗版）的白車身生產(chǎn)提供質(zhì)量、精度可靠的頂蓋焊合件總成，并完成對(duì)頂蓋總成件的轉(zhuǎn)運(yùn)、輸送和精確定位，為后續(xù)的上線機(jī)器人自動(dòng)抓取它進(jìn)入總拼主線創(chuàng)造先決條件。

作為本司第一款出口型的車身分總成（頂蓋焊合總成）生產(chǎn)線，該線在工藝布局、輸送方式、定位方式和簡(jiǎn)易柔性化等方面，都在國內(nèi)同類生產(chǎn)線的技術(shù)基礎(chǔ)上，針對(duì)國外客戶的需求進(jìn)行了自主改進(jìn)和創(chuàng)新。該生產(chǎn)線具有簡(jiǎn)易柔性化、適度自動(dòng)化和成本低廉化的特點(diǎn)，并最終實(shí)現(xiàn)整線出口并成功量產(chǎn)的目標(biāo)。

1 技術(shù)要點(diǎn)和難點(diǎn)

（1）由于項(xiàng)目實(shí)施策略的原因，國外客戶僅能確認(rèn)一兩個(gè)現(xiàn)有產(chǎn)品在該產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)，而正在研發(fā)中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，僅能靠本司的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行假想和預(yù)估?；凇安⑿泄こ獭钡拈_發(fā)理念[1]，本司在控制項(xiàng)目總體成本的同時(shí)，將最大化地預(yù)留出新車型導(dǎo)入的接口條件及可行性。

（2）這條頂蓋分拼生產(chǎn)線在整線規(guī)劃的過程中，面臨空間相對(duì)緊湊的現(xiàn)實(shí)難題。因?yàn)轫斏w分拼只能擺放在主線旁邊，以實(shí)現(xiàn)頂蓋對(duì)主線的實(shí)時(shí)供料。而主線上料機(jī)器人因?yàn)楣ぷ靼霃降南拗?，只能在一定的高度上取料，這就意味著對(duì)中臺(tái)和分拼線出料高度匹配成為一個(gè)難點(diǎn)（兩者間的高度差近1 m）。

（3）結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外大部分轎車車身線從頂蓋分拼到對(duì)中臺(tái)定位的運(yùn)輸方式分析如下。

①“人工吊運(yùn)+直接對(duì)中”的方式需要工人進(jìn)行隨行操作，吊運(yùn)過程中無法減少工作崗位。且工人操作吊具在對(duì)中臺(tái)放件時(shí)，處在機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)，存在嚴(yán)重安全隱患。

②“自行小車吊運(yùn)+直接對(duì)中”的方式，由于自行小車的行進(jìn)軌跡必須經(jīng)過對(duì)中臺(tái)上方，導(dǎo)致它的導(dǎo)軌難以避開機(jī)器人抓手的工作軌跡。故這種方式也不適用。

③“機(jī)器人抓取轉(zhuǎn)運(yùn)+直接對(duì)中”的方式一次性投入較大，機(jī)器人利用率較低，且需要更大的無人區(qū)域，不符合客戶對(duì)場(chǎng)地和設(shè)備利用率的精益性需求。

因此，我們只能大膽創(chuàng)新，基于低成本自動(dòng)化的主導(dǎo)思想[2]，為客戶尋找更為精益的解決方案。

2 解決方案

2.1 工藝布置和生產(chǎn)流程

該頂蓋分拼生產(chǎn)線的3D工藝布置圖如圖1所示，整個(gè)生產(chǎn)流程如下。

圖1 頂蓋分拼生產(chǎn)線的3D工藝布置圖

（1）工人從線旁料架中取出橫梁物料，放置到橫梁焊接臺(tái)的定位夾具上，并涂膠。

（2）工人操作帶有真空吸盤的吊具G1將頂蓋外板從料框中取出，借助鋼結(jié)構(gòu)上安裝的滑移系統(tǒng)將零件吊運(yùn)到橫梁焊接臺(tái)上方，并操作葫蘆放下零件。隨后，氣動(dòng)夾具完成關(guān)夾。

（3）工人在橫梁焊接臺(tái)完成所有點(diǎn)焊操作后，按動(dòng)按鈕使夾具打開，然后操作吊具G2將焊好的頂蓋總成吊起，并從橫梁焊接臺(tái)滑移到頂蓋轉(zhuǎn)運(yùn)臺(tái)的接件位置，而后操作葫蘆完成放件（在輸送皮帶上實(shí)現(xiàn)粗定位）。

（4）轉(zhuǎn)運(yùn)臺(tái)剪刀叉舉升機(jī)構(gòu)升起[3]，頂蓋總成自動(dòng)到達(dá)輸送高度。

（5）皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)，使零件通過傳送帶由轉(zhuǎn)運(yùn)臺(tái)接件位直線運(yùn)動(dòng)到對(duì)中臺(tái)的對(duì)中工作位，先后觸發(fā)電機(jī)減速開關(guān)和零件到位開關(guān)，皮帶輸送電機(jī)停轉(zhuǎn)。

（6）對(duì)中臺(tái)上的4個(gè)修正擋塊同時(shí)擺起，二次修正該零件在輸送皮帶上位置。

（7）修正系統(tǒng)復(fù)位，對(duì)中臺(tái)剪刀叉舉升機(jī)構(gòu)下降，零件隨之下降。先經(jīng)過周邊退讓式柔性對(duì)中定位單元的粗導(dǎo)向段修正位置后，再利用零件自重，平滑通過帶有70°斜度的精定位導(dǎo)向面，最終達(dá)到頂蓋外輪廓與精定位型面基本吻合（間隙余量在1 mm以內(nèi)）。

（8）零件精定位到位檢測(cè)開關(guān)觸發(fā)，機(jī)器人獲得指令，頂蓋上主線抓手下探，抓取零件。整個(gè)工作流程即宣告完成。

2.2 典型機(jī)構(gòu)作用解析

針對(duì)難點(diǎn)問題1，本司在橫梁焊接臺(tái)采用了“柔性底板+可退讓的二級(jí)夾緊定位裝置+四面體手搖切換裝置”的方式，來解決兼容4種車型不同頂蓋的難題。其中，頂蓋外板定位夾緊機(jī)構(gòu)均采用氣缸驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)切換方式，通過電控操作面板實(shí)現(xiàn)“一鍵式”切換，切換時(shí)間更短。而橫梁的定位銷則采用同軸四面體（分別對(duì)應(yīng)4種車型），由人工90°翻轉(zhuǎn)即切換一種車型，操作也極為簡(jiǎn)單（圖2）。

針對(duì)難點(diǎn)問題2和問題3，本司在橫梁焊接臺(tái)和頂蓋總成對(duì)中臺(tái)之間增加了一個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)臺(tái)，來同時(shí)解決“高度匹配”和“人機(jī)隔離”的問題。該轉(zhuǎn)運(yùn)臺(tái)采用剪刀叉舉升機(jī)構(gòu)，以補(bǔ)償員工吊運(yùn)頂蓋總成的操作面與機(jī)器人抓手抓取點(diǎn)之間的高度差，使得抓取機(jī)器人的選型得到優(yōu)化。與此同時(shí)，再結(jié)合電機(jī)驅(qū)動(dòng)的皮帶式輸送機(jī)構(gòu)，將零件進(jìn)行較長(zhǎng)距離的輸送，省去了剛性、笨重的零件隨行托架。這使得整個(gè)過程無需考慮如何實(shí)現(xiàn)隨行托架的循環(huán)使用，避免了由此產(chǎn)生的復(fù)雜而龐大的托架循環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)（圖3）。

圖2 橫梁焊接臺(tái)柔性切換裝置

圖3 轉(zhuǎn)運(yùn)臺(tái)主要機(jī)構(gòu)示意圖

但是，皮帶式輸送機(jī)構(gòu)有一個(gè)缺點(diǎn)：如果初始端零件定位偏差較大，經(jīng)過一段距離的傳送后，有可能在終點(diǎn)端產(chǎn)生無法修正的偏移量，令對(duì)中臺(tái)難以正常接納零件。因此，本司專門設(shè)計(jì)了吊裝導(dǎo)向（8點(diǎn)限位）系統(tǒng)，將吊具吊來的頂蓋總成限制在一個(gè)單邊誤差僅為5 mm的范圍內(nèi)，且導(dǎo)向桿均獨(dú)立可調(diào)，以保證初始端零件定位的大致精度。在柔性預(yù)留方案中，這個(gè)8點(diǎn)限位在應(yīng)對(duì)外形輪廓差異較大的頂蓋零件時(shí)，還可升級(jí)為氣動(dòng)擺動(dòng)式退讓機(jī)構(gòu)進(jìn)行一鍵切換，以確保初始定位系統(tǒng)具有足夠的柔性。

而在輸送機(jī)構(gòu)末端的對(duì)中臺(tái)兩側(cè)，各安裝了2套擺動(dòng)式二次定位修正機(jī)構(gòu)（圖4）。當(dāng)輸送皮帶停止運(yùn)行后，由它們對(duì)頂蓋的姿態(tài)進(jìn)行糾正，確保零件在經(jīng)過較長(zhǎng)距離的輸送后，仍然能夠落入更為精確的對(duì)中修正區(qū)域。隨后在對(duì)中臺(tái)剪刀叉機(jī)構(gòu)的下降過程中，頂蓋總成零件利用自身重力，順勢(shì)在具有精密光潔斜面的導(dǎo)向定位塊上自然滑落，快速進(jìn)入理論位置（誤差范圍±1 mm）。而對(duì)中臺(tái)的平臺(tái)安裝面上預(yù)制了均勻排布的標(biāo)準(zhǔn)安裝孔，使得整個(gè)二次定位修正系統(tǒng)還可以進(jìn)行升級(jí)，直接加入新的二次定位修正單元和退讓式柔性對(duì)中定位單元，即可生成對(duì)新車型頂蓋的二次精定位能力（圖5、圖6）。

2.3 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新點(diǎn)

這套簡(jiǎn)易柔性化分拼系統(tǒng)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下。

（1）橫梁焊接臺(tái)采用了柔性底板和可退讓的二級(jí)氣動(dòng)夾緊定位裝置及四面體手搖切換裝置，可以實(shí)現(xiàn)4種車型不同頂蓋的快速柔性切換。

（2）轉(zhuǎn)運(yùn)臺(tái)采用剪刀叉舉升機(jī)構(gòu)，配合皮帶式輸送機(jī)構(gòu)完成舉升和轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，并具有較高的生產(chǎn)節(jié)拍。與機(jī)器人抓件轉(zhuǎn)運(yùn)方式相比，線體空間更緊湊，設(shè)備投資更低廉。

（3）對(duì)中臺(tái)采用剪刀叉舉升機(jī)構(gòu)和皮帶式輸送機(jī)構(gòu)，巧妙利用運(yùn)輸工作面和定位工作面的垂直高度差，利用零件自身重力和下滑趨勢(shì)，修正轉(zhuǎn)運(yùn)中造成的誤差，把頂蓋總成最終限定在準(zhǔn)確的空間位置，為機(jī)器人抓手準(zhǔn)確抓取和上線定位提供了良好的定位參照。

圖4 對(duì)中臺(tái)主要機(jī)構(gòu)示意圖

圖5 退讓式柔性對(duì)中定位單元

圖6 對(duì)中臺(tái)零件下降到位之前、之后的狀態(tài)對(duì)比

（4）基于“并行工程”的開發(fā)理念，在控制整體成本（減少設(shè)備投入）的同時(shí)，最大化地預(yù)留出新車型導(dǎo)入的接口條件及可行性（柔性拓展方案）。

（5）整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、緊湊，占地面積較小，且具有一定的自動(dòng)化程度，人機(jī)環(huán)境也較為安全、友善。同時(shí)，設(shè)備成本相對(duì)低廉，非常適合針對(duì)發(fā)展中國家的技術(shù)或產(chǎn)線出口。

3 結(jié)束語

該出口型簡(jiǎn)易柔性頂蓋分拼線的成功開發(fā)，大大增強(qiáng)了本司在外貿(mào)型焊裝分拼線設(shè)計(jì)方面的技術(shù)儲(chǔ)備和經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備，推動(dòng)了企業(yè)海外業(yè)務(wù)的持續(xù)拓展。它的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)思路對(duì)本司后續(xù)的各種外貿(mào)型分拼線設(shè)計(jì)具有很高的參考價(jià)值，值得進(jìn)一步挖掘及推廣。