美國(guó)C-FLEX軸承在試制車身車間的應(yīng)用

美國(guó)C-FLEX軸承在試制車身車間的應(yīng)用
Abstract： In this paper， the flexible positioning unit （C-FLEX） is introduced to replace the traditional positioning unit in the common laser welding station of the roof under the requirements of multi-platform and multi-project fast cycle conversion in the trial-production of the sample car. Through the rapid positioning switching to meet the different project welding needs， this paper is intended to solve the bottleneck problem caused by the low efficiency of tool switching.

Keywords： C-FLEX； trial production of prototype car； flexible positioning unit

1 概述

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車產(chǎn)量逐年上升。快速變化的**市場(chǎng)、“工業(yè)4.0”的來(lái)到和大眾消費(fèi)心理的轉(zhuǎn)變，使得汽車的生命周期越來(lái)越短，車型越來(lái)越多。各汽車生產(chǎn)商要不斷向市場(chǎng)提供新產(chǎn)品，不斷滿足客戶對(duì)于性能、外形的追求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)理想的市場(chǎng)占有率。因此，汽車產(chǎn)品更新迭代的步伐加快，產(chǎn)品研發(fā)周期不斷縮短，成為生產(chǎn)廠家關(guān)注的重點(diǎn)，目前我國(guó)汽車車身焊裝夾具開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、投資大，是我國(guó)汽車產(chǎn)品自主開(kāi)發(fā)能力提升中的重要問(wèn)題[1]，也催生了高效多品種的柔性、敏捷工裝定位方式。

日本豐田公司的“**車身生產(chǎn)系統(tǒng)”（Global Body Line）中，采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、傳感控制技術(shù)、邏輯控制技術(shù)的三套高精度柔性焊裝夾具，可用于三種不同的車型，與常規(guī)的傳統(tǒng)生產(chǎn)線相比，投資降低了50%，年產(chǎn)量提高了46%，并且保證了白車身的焊裝精度，大大提高了汽車生產(chǎn)制造的質(zhì)量和效率。2013年上海通用汽車某廠的車身焊接生產(chǎn)線上采用的切換機(jī)構(gòu)，僅能夠滿足3種車型的生產(chǎn)，即將引入的SⅢ車型后將無(wú)法實(shí)現(xiàn)地板定位切換，超出了企業(yè)規(guī)劃的產(chǎn)品投放能力。為滿足投資少、生產(chǎn)線改動(dòng)小、多種產(chǎn)品的共線生產(chǎn)，并能迅速轉(zhuǎn)產(chǎn)等要求，引入了全新的定位模式C-FLEX，形成復(fù)合產(chǎn)品生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，提高車間生產(chǎn)的柔性化，滿足了至少6種車型的生產(chǎn)。焊接定位工裝的柔性化直接影響著汽車生產(chǎn)線的柔性，柔性工裝定位的引入具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2 背景及要求

試制車身車間，具有多平臺(tái)、多車型快速切換的特點(diǎn)，不同項(xiàng)目的白車身具有不同車身結(jié)構(gòu)及車身尺寸，焊接過(guò)程中的工裝定位需求不同，試制車身車間激光焊接工位為共用工位，在傳統(tǒng)工裝模式下，不同項(xiàng)目開(kāi)始前須開(kāi)發(fā)特制激光焊接定位工裝，在項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)進(jìn)行工裝的調(diào)試，每個(gè)項(xiàng)目工裝的切換時(shí)間約40Min，而車間**產(chǎn)能約7V/D，因此激光焊接工位的大部分時(shí)間浪費(fèi)在了工裝切換上，不符合精益制造的要求，也成為試制產(chǎn)能的瓶頸工位。

解決激光焊接工位瓶頸問(wèn)題的關(guān)鍵就在于降低工裝切換時(shí)間，提高工裝切換效率，如能引用高柔性的工裝切換單元，提高工裝的通用性，實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)，多車型快速切換，無(wú)疑會(huì)給試制車身車間帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益，并能有效解決激光焊接工位的效率瓶頸問(wèn)題。

3 C-FLEX定位單元的引入

3.1 C-FLEX定位單元介紹

C-FLEX是基于數(shù)字編程的車間工裝系統(tǒng)，用來(lái)代替車身不同車型的特制工裝設(shè)備，即C-FLEX可用一套工裝和機(jī)器人編程焊接多種車身結(jié)構(gòu)，不再需要新車型的特制工裝。

C-FLEX柔性定位單元具有如下優(yōu)勢(shì)[1]：

（1）舍棄了以往傳統(tǒng)的工裝模式，使用聯(lián)動(dòng)夾具，電氣機(jī)械配合C-FLEX定位單元，從而起到節(jié)省投資、節(jié)約空間、減少人力勞動(dòng)和設(shè)計(jì)成本的作用。

（2）由于只有很少的電氣機(jī)械部件和夾具需要安裝，

故減少了工位轉(zhuǎn)換的時(shí)間；并且程序編寫(xiě)在前期就可完成，這個(gè)優(yōu)勢(shì)在后續(xù)的項(xiàng)目實(shí)施中將得到更大的體現(xiàn)。

（3）通過(guò)建立一個(gè)電氣機(jī)械一體化系統(tǒng)以滿足各種要求，突破了柔性的瓶頸。與傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)不同，這種柔性度的提升僅需要很少的投資即可實(shí)現(xiàn)。

（4）C-FLEX有占用空間小、可靠性高、活動(dòng)范圍大（擁有前、后、上、下、旋轉(zhuǎn)共5個(gè)自由度）等優(yōu)點(diǎn)。

通過(guò)分析適用性，試制車身車間采用了C-FLEX定位單元，選取F-100iA/104（L）型號(hào)即可滿足定位需求，此型號(hào)柔性單元有四個(gè)控制軸（J1，J2，J3，J4）如圖1，定位精度誤差小于0.25mm，重復(fù)精度誤差小于0.07mm。四個(gè)控制軸控制自由度及范圍如下：

J1控制水平移動(dòng)范圍+225/-25mm/+475/-25mm

J2控制轉(zhuǎn)動(dòng)范圍+/-190deg（+/-3.32rad）

J3控制水平移動(dòng)范圍+245/-25mm

J4控制轉(zhuǎn)動(dòng)范圍+/-360deg（+/-6.28rad）+/-185deg（+/-3.32rad）

C-FLEX F-100iA/104（L）型號(hào)參數(shù)如表1所示。

3.2 C-FLEX定位單元應(yīng)用過(guò)程

C-FLEX在試制車身車間激光焊接工位應(yīng)用方式為：中間采用4個(gè)固定定位銷，前后兩側(cè)各布置2個(gè)（共計(jì)4個(gè)）C-FLEX定位單元如圖3，通過(guò)特定軟件對(duì)新車型數(shù)模進(jìn)行C-FLEX柔性定位的離線編程，確定各C-FLEX柔性定位單元的位置坐標(biāo)，進(jìn)行模擬演示，驗(yàn)證可達(dá)性等如圖2，解決這個(gè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題并對(duì)程序進(jìn)行不斷優(yōu)化，形成的優(yōu)化程序倒入控制器進(jìn)行工位實(shí)車驗(yàn)證并通過(guò)控制器和示教器進(jìn)行程序微調(diào)如圖4，以確定特定車型的激光焊接定位位置。

4 實(shí)施結(jié)果及效益分析

通過(guò)C-FLEX柔性工裝定位策略的引入，可實(shí)現(xiàn)多車型共用一個(gè)車身定位系統(tǒng)進(jìn)行激光焊接，進(jìn)而降低了新車型的投入。實(shí)踐證明，C-FLEX定位單元在生產(chǎn)中工作狀態(tài)穩(wěn)定，提高了激光焊接工位的生產(chǎn)效率，節(jié)約了空間，節(jié)省了前期的成本投入，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和時(shí)間成本效益，C-FLEX定位單元與傳統(tǒng)定位單元對(duì)比見(jiàn)表2。通過(guò)局部改造，新產(chǎn)品完全可以在原激光焊接工位進(jìn)行，并達(dá)到如下指標(biāo)：（1）滿足各平臺(tái)車型混線42V/W的激光焊接產(chǎn)能需求；（2）不同車型的定位切換時(shí)間不大于2s；（3）對(duì)現(xiàn)有焊接工藝無(wú)影響；（4）對(duì)現(xiàn)有線體輸送系統(tǒng)、滾床等無(wú)特殊改造需求；（5）前期離線編程，Tryout期間在線微調(diào)，相對(duì)于傳統(tǒng)激光焊接定位工裝手工調(diào)試、修改，效率得到顯著提升。