D530驾驶室焊装线设计.doc

D530驾驶室焊装线工艺设计周清华 李建国 钱伟东风汽车有限公司商用车车身厂技术科摘 要：随着汽车工业的飞速发展，车身制造水平取得了非常大的进步。白车身的制造质量决定了整个车身的品质，而焊装线设计是车身装焊设计中核心的组成部分，一条多品种混流生产线必须通过合理的工艺布局、设计定位准确的夹具，采用可靠的设备才能满足生产符合产品设计要求的驾驶室白车身。良好的工艺设计对生产高精度的焊装驾驶室具有举足轻重的作用。本文主要阐述了D530驾驶室焊装线工艺设计、产品工艺性、工艺设计内容、焊装线夹具设计要求等。并在焊装线设计过程中导入同步工程、制定骨骼精度管理、NPES管理等措施，使D530驾驶室白车身的焊接质量提升到了很高的标准，达到了很好的效果。关键词：D530驾驶室、焊装线、工艺设计、同步工程1.前言2003年，东风公司引入日产柴汽车公司G105车型基础上，公司研制出了具有世界先进水平的D310系列中重型载重车东风天龙、东风大力神。D310系列车型产品造型美观，质量一流，自2006.5.18上市以来，市场反映良好。为了拓宽轻中型载重车市场，公司在东风D310系列车型基础上自主研发了D530系列车型。为了制造出高品质的驾驶室，工艺设计人员在总结D310项目中的丰富经验，引入同步工程，在产品设计前期广泛参与项目过程；对D310驾驶室的难题进行了防再发处理，在工艺设计前期就避免问题的再发；制定白车身骨骼精度管理标准，系统分析白车身骨骼精度及精度不合格的处理方法；采用NPES管理。通过多个有效的措施，圆满的完成了D530焊装线工艺设计工作，生产出比D310系列车型更高质量的驾驶室白车身，完全满足产品技术要求。2.D530驾驶室产品焊接工艺性2.1产品描述D310驾驶室分为一排半、单排和薄顶一排半三大系列车型，产品描述如下：2.1.1 D530驾驶室外形图及驾驶室白车身分块结构如图1、图2所示：地板总成 右侧围总成左侧围总成 后围总成 顶盖总成图1 D530产品外形 图2 D530产品分块图3.1.2 D310驾驶室外形尺寸及特征车型长mm宽mm高mm质量kg产品特征D530一排半(D530L)195222001975约285左/右侧围总成与D310STD车型通用D530单排(D530S)159722001865约260驾驶室总成后部比D530L车型缩短355mm，顶盖总成高度比D530L车型降低110mmD530薄顶一排半195222001865约280驾驶室总成顶盖总成高度比D530L车型降低110mm，其余与D530L车型相同3.2 产品焊接工艺性优化为了满足D530一排半、单排、薄顶一排半三种车型混流生产的要求，降低制造成本，提高产品质量，工艺提出对D530薄顶一排半车型结构造型的优化方案。3.2.1顶盖总成工艺提出一排半薄顶顶盖产品设计的优化方案，实现混流生产设计，减少了设备投资。如图3所示：图3 D530一排半薄顶顶盖总成产品优化方案3.2.2左/右侧围总成部分工艺提出的薄顶一排半产品侧围总成设计方案，保证了混流可行性，避免了焊装线夹具的改造和新增分装夹具，减少了投资。图4 D530一排半薄顶侧围总成产品优化方案3.2 焊装线方案的优化D530系列车型是在D310系列车型基础上开发出来的，D530焊装线设计的方案和内容与D310焊装线非常相近。我们在D530焊装线的设计中，吸取D310项目成功经验，对不足之处进行总结、分析，避免重复发生。对D310焊装线存在的问题，在D530设计过程中给予了重点考虑，并提出了相应的优化措施。如下所示：项目工位号序号D310焊装线存在问题D530焊装线改进内容地 板 线101地板纵梁、前内纵梁、加强梁零件Z向贴合不好,造成纵梁总成前端定位孔处Z向尺寸不稳定,影响纵梁总成夹紧效果。 将地板纵梁总成夹紧定位销改为固定定位销,另外增加夹紧部件(地板线20工位维持不变)。102受工位侧面悬挂点焊机与焊钳的影响,鼓包总成上件不方便。更改工位侧面悬挂点焊机与焊钳的吊挂方式与位置，留出鼓包总成的上件通道。203地板后上横梁总成由10工位改到20工位装配后，中部无夹紧装置,影响操作。地板线20、30工位夹具中后部增加地板后上横梁总成平移、旋转、定位及夹紧功能。30、404地板纵梁前后部夹紧定位销影响机器人焊钳操作,个别焊点无法实现自动焊接。 地板线40、50工位地板纵梁前后部夹紧定位销改为固定定位销，在工件前后方向增加气动夹紧部件。 总 装 线 205后围装配不方便，人工点焊时间偏长，生产节拍难以保证。后围上部定位部件旋转角度加大，增加自动焊钳与点焊控制箱，保证生产节拍。406总装线40工位采用国产输送设备，速度慢，到位精度低、操作性差、生产节拍难以保证。总装线40工位采用进口输送设备，速度快，到位精度高、操作性好、生产节拍容易保证。70、807机器人焊钳互补性差，维修难度大。 机器人规格、点焊控制箱规格、焊接变压器规格统一，增加机器人互补性。 40、60、908活动工作台翻转采用气缸推动，冲击大。活动工作台翻转改用电机控制，可以有效的减小冲击。4.D310驾驶室焊装线工艺设计4.1基本工艺技术要求根据D530驾驶室焊接工艺设计依据要求，焊装线生产品种为一排半、单排和薄顶一排半三大系列车型驾驶室，年生产纲领：4.5万/年，生产节拍：4.68分/台，班次：两班制，每班工作时间：8小时，年工作天数：244天。4.2焊装线工艺设计驾驶室焊装线由地板线和总装线构成，含地板总成传输线、驾驶室总成传输线、地板总成自行葫芦线、分总成自动输送上线装置、分总成人工上线装置、分总成输送装置、夹具、前风窗检验夹具、点焊机器人、自动焊机、活动工作台、固定操作台、车型自动识别系统、安全防护系统、中央监控室及焊装线配套附属设施等。4.2.1地板线的工艺内容及要求4.2.1.1地板线描述地板线由5个工位构成，工位间距5.0米。配置5套焊接夹具、2台点焊机器人、1套地板总成传输线、2套前围总成输送装置、2套活动工作台、焊装线控制系统及配套设施等。1）夹具地板线10、20、40工位夹具为人工装配焊接夹具，30工位夹具为机器人自动焊接夹具，50工位夹具为人工补焊夹具。2）点焊机器人：地板线30工位配置2台6个自由度点焊机器人。3）传输线：地板线采用升降式托杆往复传输方式，其运动轨迹是上升-传送-下降-返回。4）分总成输送装置：前围总成输送装置采用气动平衡吊吊运工件。5）活动工作台地板线10工位后部布置活动工作台。6）焊装线控制系统地板线车型识别系统用于识别地板总成；安全防护系统包括各种防护栅栏、光栅、安全按钮开关、安全联锁等。中央监控室存放控制柜及监控计算机系统。4.2.1.2地板线的工艺平面布置地板线的工艺平面布置见图5所示：图5 D530地板线工艺平面布置图4.2.2总装线工艺内容及要求4.2.2.1总装线描述：总装线由9个工位构成，工位间距5.0米。配置9套线上夹具、3套预装夹具、1套检验夹具、4台点焊机器人、1套自动焊机、1套往复传输线、1条地板总成自行葫芦线、1套驾驶室总成自动输送装置、3套分总成自动输送装置、3套分总成上线装置、8套分总成人工输送装置、2把包边钳、总装线控制系统及配套设施等。1）夹具总装线20工位夹具为自动装配焊接夹具，40、90工位夹具为人工装配焊接夹具，50、60工位夹具为机器人自动焊接夹具，10、30、70、80工位夹具为人工补焊夹具。总装线20工位布置左/右侧围总成预装夹具，90工位布置左/右车门总成就位夹具。2）点焊机器人：总装线50工位配置2台7个自由度点焊机器人。总装线60工位配置2台6个自由度点焊机器人。3）自动焊机： 总装线20工位有自动焊机系统1套，自动点焊24点。4）传输线：总装线采用升降式托杆往复传输方式，其运动轨迹是上升-传送-下降-返回。5）自动输送装置：地板总成自行葫芦线将地板总成由地板线50工位自动运送到总装线10工位，自动完成地板总成的取件、传送、定位、放件。总装线20工位左/右侧围总成自动上线装置将左/右侧围总成由预装工位自动运送到总装线20工位，自动完成左/右侧围总成的取件、传送、定位、放件。总装线40工位顶盖总成自动上线装置将顶盖总成由预装工位自动运送到总装线40工位，自动完成顶盖总成的取件、传送、定位、放件。驾驶室总成自动输送装置将驾驶室总成由总装线90工位自动运送到调整线10工位，自动完成驾驶室总成的取件、传送、定位、放件。6）分总成输送装置：左/右侧围总成预装工位采用4套总成输送装置，完成左/右侧围总成输送工作，输送装置采用气动平衡吊吊运工件。顶盖总成预装工位采用2套总成输送装置，分别完成D530一排半顶盖总成与D530单排座顶盖总成输送工作，输送装置都采用双钩电动葫芦和人工气动吊具。左/右车门总成预装工位采用2套总成输送装置，分别将左/右车门总成从工位器具内吊运至预装夹具上，输送装置都采用双钩电动葫芦和人工吊具。7）活动工作台总装线40、80工位各有活动工作台4套。8）焊装线控制系统总装线车型识别系统用于识别驾驶室总成；安全防护系统包括各种防护栅栏、光栅、安全按钮开关、安全联锁等。中央监控室存放控制柜及监控计算机系统。4.2.2.2总装线工艺平面布置图总装线工艺平面布置图见下图：图6 D530总装线工艺平面布置图5.焊装线夹具设计要求5.1 导入同步工程，实现定位基准统一 在D530产品设计阶段，工艺人员对产品工艺版数模进行分析，制定零件和总成定位方案，实现冲压零件和焊装总成定位一致的原则。5.2 制定焊装夹具定位夹紧点图，保证焊装质量设计好焊装线夹具是驾驶室精度达到制造要求标准的关键。工艺部门设计详细焊装夹具的定位夹紧点布置图，由焊接线供应商按照这些定位夹紧点进行设计制造，可保证同一零件在几套夹具上焊接时，尽可能用同一定位基准进行定位，使总装线、地板线夹具与分装夹具定位基准得到统一，确保焊装线夹具设计满足工艺要求。5.2.1 焊装夹具的定位设计原则1）定位符合逻辑，使零件在夹具主要支撑上保持定位。 对于一个典型的焊装零件，在空间上充分定位，需要固定一个平面Z面，一条直线X和一个点Y。如图7所示xzYz2z3z1Y1x2x1图7 焊装零件定位原理图xzY2）对于柔软的零件，还需要考虑辅助支撑，以避免不稳。如图8所示Y1z2z3z1x2x1Za1图8 带辅助支撑零件定位原理图5.2.2 焊装夹具的定位方式的选择 焊装夹具的定位选择应采用平面、定位孔、长圆孔及槽等规则的面，避免采用不规则的面和不能保证定位质量的定位要素，如螺栓、螺母、零件的切边、易变形的平面和有可能产生褶皱的面。5.2.3 定位合理，避免出现过定位的现象。如图9、图10所示： 过定位 定位图9 零件过定位示意图 图10 合理零件定位示意图5.3 焊装夹具制造过程中，贯彻设计原则进行验收焊装线设计会签和预验收时也按工艺提供了详细的夹具定位夹紧点布置图展开夹具的设计和验收，逐台夹具，逐个定位部件，逐道工序进行严格检查，满足工艺和产品要求。D530驾驶室焊装线夹具设计工艺交底资料包括D530系列驾驶室焊装线技术规格书、地板梁总成焊点布置图、地板总成焊点布置图、驾驶室总成焊点布置图、地板线定位夹紧点布置图、总装线定位夹紧点布置图、夹具配置汇总表和D530系列驾驶室焊装线平面布置图。焊装线主要工位夹具定位夹紧点布置图如图11所示：图11 D530总装线20工位焊装定位夹紧点图6.创新点6.1 在新品生产准备过程中采用同步工程管理D530的生产准备模式突破了传统的串行生产模式，进行并行生产模式（同步工程），工艺人员参与电子装配同步工程管理。工艺早期介入设计构想，在设计构想阶段进行工艺性分析和防止再发前期控制，使得产品设计更加符合制造工艺。提高开发水平，减少设计变更，削减开发费用。根据D530产品构想书进行工艺分析,提出生产性不良管理表94项, 减少后期修改量提高设计质量，缩短了生产准备时间，保证了在产品设计完善与工艺设计完善的同步进行。6.2 制定白车身骨骼精度管理标准，确保D530焊接白车身精度6.2.1白车身骨骼精度定义及目的白车身骨骼精度是将经三坐标测量机测量后的白车身实际测量值与产品定义值进行比较、计算得来的。它是用来评定零件、焊接分总成及焊接总成精度的一种评定工具，也是目前一些先进汽车制造厂家普遍采用的一种有效控制钣金零件及焊接总成件质量的重要手段，它可以用来评定达到尺寸特征参数中间值的能力，以便能够跟踪和控制零件及焊接总成的质量变化，确定整改措施。6.2.2白车身骨骼精度内容白车身骨骼精度测量点是在白车身(未装车门)上选取，测量点选择定位孔、安装孔、门洞和前风窗轮廓线等。其中，焊接分总成和焊接总成用定位孔和有特殊要求的型面及孔位为白车身骨骼精度重点管理点（用符号“”标识），重点管理点的公差为1.0。无特殊要求的孔位、型面及装配孔为白车身骨骼精度一般管理点，一般管理点公差为1.5。重点管理点数一般占总测量点数的2030。测量内容如图所示：图12 前围部分检测点示意图6.2.2白车身骨骼精度报告白车身骨骼精度报告是通过三座标测量机测量值与产品定义值进行比较，自动产生的关于偏差值对应偏差部位的报告，从骨骼精度报告中可以直接观察到零件与焊接总成的缺陷偏差，工艺人员能够根据质量报告上的缺陷偏移量对相应模具及夹具进行测量、分析和调整，使有缺陷的零件或焊接总成能够迅速恢复到产品设计与质量要求的正确尺寸。6.2.3白车身骨骼精度报告分析白车身骨骼精度合格率的大小及波动范围是衡量白车身质量的重要数据，上级管理部门通常依据这项指标来宏观评价一段时间内车身总成的质量，车身质量稳定时，白车身骨骼精度合格率则在比较稳定的范围内波动。当白车身骨骼精度合格率发生剧烈跳动时,一定有某些影响白车身骨骼精度合格率的因素发生变化,分析这些因素大致可归纳为以下几点:1）冲压零件上有配合要求的点、线、面形状及位置产生偏差,导致零件与零件之间、零件与夹具定位元件之间产生相对位移；2）焊接夹具定位销、支承块、夹紧器由于磨损或松动未能及时发现和修理；3）未按工艺要求存放零合件，焊接工位间零件超量储存导致零件挤压变形，或装焊操作时零件没有安装到位引起的焊接变形；4）车身上用于建立零件坐标系的基准点（面）由于冲压零件达不到要求，而引起较大的基准偏差，导致测量结果不真实；5）三坐标测量机在测量某些特殊点时因测量方法不合适而产生测量误差；6）车身测量点公差带的选择不合理。在白车身骨骼不达标时，根据白车身骨骼精度的内容分析可能产生偏差的原因，并针对问题进行必要的测量整改工作。图13 D530前围部分测量点分析报告 在D530焊接PT调试过程中，通过对骨骼精度数据分析处理，对焊装线定位结构优化等措施，使D530焊装白车身骨骼精度提升到90以上，大大提高了D530产品质量。超过了日产柴白车身质量，达到了国际先进水平。6.3 吸取项目经验，防止问题再发 充分总结D310项目的基础上，对D310焊装线目前存在的不完善的问题进行防再发处理，针对对每个问题提出防止再发的方案。全面的解决了发生在D310焊装线的不良问题，创造出结构更加优化、性能更加稳定、精度更高的焊装线。6.4 自主研发，提高水平D530驾驶室焊装线是东风公司设备制造厂自主研发的，从设计、制造到调试全部过程都是东风公司自主完成的