白车身柔性总拼技术研究及在焊装生产线中的应用

刘大顺　邵珊珊

摘 要：白车身总拼是指将左右侧围、下车体等分总成拼合后，焊接成为一个精确、稳定的车身结构。柔性化总拼技术能够解决产品多样性、快速替换性的难题，给汽车制造业带来巨大的经济效益。本文介绍了几种主流的柔性总拼方式的形式、原理、特点等，为白车身焊装生产线中最重要的环节提供多元化解决方案。

关键词：白车身;焊装;柔性化;总拼;车型切换

当今汽车市场竞争日趋激烈、车型更新换代速度越来越快，消费者对产品多样化、个性化也有越来越高的追求。为顺应这一趋势，缩短车型开发周期、降低投产制造成本，柔性化生产日益凸显其重要性。焊装是汽车制造中重要的一道工序，白车身总拼工位又是焊装车间内最复杂、最重要、也最容易成为生产瓶颈的工位，本文研究的正是这重中之重。

汽车柔性化生产是指在同一条生产线上能够兼容多种车型、并根据订单或生产计划即时切换。本文所述的随机切换，是指可任意切换车型的完全混线生产，切换时间损失不影响产能输出;而批量切换是指每种车型生产一定批量后才允许切换其他车型，车型切换的时间损失均摊到每个工艺循环节拍内，仍能达成目标产能。

根据车身结构设计特点，白车身主拼通常分为单主拼和双主拼两种形式。

单主拼是指对车身下部总成、左/右侧围总成、衣帽板、顶盖横梁等进行精确定位，在一个工位焊接后，使其成为一个稳定的白车身，见图1。

双主拼是指白车身总成需要两次主拼，侧围分为侧围内板总成和侧围外板总成，第一次主拼将车身下部总成、左/右侧围内板总成、衣帽板、顶盖横梁等焊合，第二次主拼再拼合侧围外板总成，见图2。

双主拼形式有诸多优势：其一，因侧围内部结构分两次上件、焊接，故可减少车身上CO2焊缝数量，增强车身结构性能;第二，可减少侧围外板转运过程导致的表面缺陷;第三，可减少尺寸链，侧围外板焊接匹配面精度高（顶盖激光焊缝位置）。双主拼形式带来的弊端也显而易见，生产占地面积大，工位数量多，设备投入多，生产存在更多的潜在故障，综合开动率低;而且门洞或风窗止口存在止口边不平齐的风险。

无论单主拼还是双主拼，主拼系统的原理和切换形式是相似的。根据工厂Block面积、产能规划、共线车型数量、车型切换频率等信息，白车身柔性总拼系统主要使用以下几种形式：

1 机器人抓手Frame形式

车身下部总成输送到位后，机器人抓具分别抓取左/右侧围总成、顶横梁、衣帽板等，通过抓手扣合形成一个精确、稳固的框架式结构;焊接机器人进行GEO焊接后，抓件机器人再将抓手取下，车身输送到下一工位，机器人携带抓具进入下一个循环程序。

这种抓手Frame主拼的优点是：布局紧凑、占地面积小，柔性化非常强，通过机器人更换抓手就可以无限扩展车型;16秒就可以完成一次车型切换，车型切换基本不损失产能，可以做到随机混产;上件和焊接在同一工位完成，是无预拼工艺的车型最好的解决方案。同时也因为上件和焊接在同一工位，取件、涂胶、上件均占用主拼节拍，有较大的产能限制，仅适用小于36JPH的低节拍生产线。另外，相对于其他形式，此种主拼形式可靠性略差，抓手自身的刚度、强度和精度是决定车身焊接质量的关键，对抓手的设计能力和加工能力均是考验和挑战，一旦抓手发生变形，整车精度将无法保障，见图3。

2 内置式定位夹具形式

这种总拼形式常见于通用系，适用于先预拼的车型。主拼夹具通过升降柱从工位顶部落下，与其他主拼形式明显不同的是它是从白车身内部定位夹紧，焊接机器人进行GEO焊接后，总拼夹具松开定位并上升到等待位。车型切换库位存储在空中，不占用地面空间。因夹具要从工位上方垂直升降，为避让干涉，对厂房承载、车身结构和夹具结构均有特殊要求，通用性较差，见图4。

3 Gate主拼形式

Gate形式是目前国内应用最广泛的主拼形式，侧扇夹具Y向滑移并对所有分总成定位夹紧，多台焊接机器人进行GEO焊接，完成后侧扇夹具打开并退回到等待位，焊接好的白车身输送到下一工位。它既可用于无预拼工艺的车型，也可用于有预拼工艺的车型。通过扩展库位可实现多车型共线，它能够适应多种BOP，具有结构稳定、精度可靠、易于控制、柔性高等特点。根据线体Block长宽、车型切换频率等边界条件限制，可选择适当的库位数量和存储形式来满足不同的需求，见图5。

常见的库位存储及切换形式分为以下几种形式：

3.1 滑移夹具库

图6为某公司分别为1～4种车型共线设计的滑移夹具库总拼方案。

当线体仅规划1种车型时，单侧仅有一个可Y向滑移的库位;增加车型时，可分别向X正向、X负向、Y向扩展库位。每个库位均有切换输送单元，通过伺服电机耦合实现夹具在库位内移动切换。

3.2 转台切换型

图7为转台切换Gate总拼方案，4个三面转台可实现4车型随机切换或6车型批量切换。若为4车型随机切换的前提，在总拼工位焊接的同时，A、B两个转台空置面转向线体侧，同时C、D两个转台待产车型面转向线体侧，当车型切换时，在产车型夹具和待产车型夹具同时移动，在产车型滑入转台库位内，待产车型滑入工作位;此切换过程与白车身总成输送同步，不占用工艺时间。若为6车型批量切换的前提，在工作位焊接的同时，A、B转台空置面转向线体侧，在产车型夹具滑移到A、B转台的空置库位后，转台旋转到待产车型面向线体侧，待产车型夹具從转台库位滑移到工作位，45秒内可完成一次车型切换。

3.3 转毂切换型

图8为转毂切换Gate总拼方案，左右共使用4个四面转毂，可实现5车型随机切换或8车型批量切换。若为5车型随机切换的前提，在工作位焊接的同时，A、B两个转毂空置面转向线体侧，同时C、D两个转毂待产车型面转向线体侧，当车型切换时，在产车型夹具和待产车型夹具同时移动，在产车型夹具滑入转毂库位内，待产车型夹具滑入工作位;此切换过程与白车身总成输送同步，不占用工艺时间。若转毂A与转毂C后部联通，转毂B与转毂D后部联通，还可实现6车型随机切换。若为8车型批量切换的前提，在工作位焊接的同时，A、B转毂空置面转向线体侧，在产车型夹具滑移到A、B转毂的空置库位后，转毂旋转到待产车型面向线体侧，待产车型夹具从转毂库位滑移到工作位，约一分钟可完成一次车型切换。

4 结束语

本文介绍了汽车焊装行业几种主流的白车身总拼方案，每种方案在国内汽车厂均有大量的应用案例，各生产厂商可根据自身工厂条件和产品特点选用最适合、可靠、经济的形式。通过对白车身柔性总拼技术的研究，可以为汽车焊装生产线的多元化解决方案提供借鉴经验。