中小型高速辊床输送系统的研究与应用

吕　毅，谢　蔚，覃　石，周　华

（柳州五菱汽车工业有限公司，广西 柳州545007）

在汽车车身和零部件焊接生产过程中，工件输送技术一直是各大汽车工厂的重点研究对象。如图1所示，传统的输送模式有空中小车（电动葫芦）输送和往复杆输送。空中小车（电动葫芦）输送方式机械结构和动力比较简单，一般用于手动输送线或低自动化生产线，可实现单工位输送也可实现多工位联动，但效率很低。往复杆输送的优点是可实现同步输送，但其输送效率也不高，一个输送循环要20 s左右；其工件输送到位精度不高，需要增加工件导向；可柔性生产能力差，车型切换机构设计复杂，且频繁切换会造成不稳定；零件频繁进出工装定位，焊接变形大，碰撞风险高。伴随着近十年汽车市场的白热化竞争，对生产效率和质量的要求就显得成为重要，上述两种传统输送方式明显已经跟不上时代变化。于是，一种更高效的输送方式——高速辊床输送系统就出现了。

图1　空中小车（电动葫芦）和往复杆输送方式示意

1　高速辊床输送系统的概念及应用现状

高速辊床输送系统由高速辊床与台车随行夹具（定位夹具安装在台车上，工件加载在台车上跟随台车移动）两部分组成，采用专用驱动控制系统（将变频器直接安装在驱动电机上），包括定位焊辊床、补焊辊床、转台、升降辊床和皮带横移机等设备，如图2所示，可按需求搭建出完整的自动化输送系统。

图2　高速辊床输送系统概念

近些年，外资及合资汽车主机厂的白车身焊装生产线引入了高速辊床输送系统，用于白车身主线上工件的输送，如图3所示。高速辊床输送技术的应用，可以很好地解决传统输送方式的弊端。

图3　高速辊床输送系统在白车身主线上的应用

2　中小型高速辊床输送系统的研究开发及应用过程

但除了在主机厂白车身线上的应用外，高速辊床输送技术此前还没有拓展到中小零部件焊接线上。由于中小零部件尺寸规格小，其结构和工艺更加复杂，高速辊床输送技术与之结合难度很高，相关的技术研究和应用尚属起步阶段。

我公司是大型汽车零部件生产基地，虽说近年来已大批量应用机器人和其它装备实现了焊接工艺的自动化，但由于中小零部件结构和工艺的复杂性，其输送效率仍旧难以得到提升。用工成本大，设备效率低，急迫需要一种高效的输送方式来解决这些问题。

2013年，我司开始与某知名装备开发公司进行相关技术合作，探讨在中小零部件焊接生产线上，如何实现高速辊床台车输送。经过一系列大量、深入的工艺方案探讨、目标零件对比分析、台车尺寸研究和辊床台车样件试验等工作，终于在2013年底，与装备制造公司一起制定了高速辊床台车输送技术五菱化的标准。包括系统PLC控制标准，旋转辊床、固定辊床、升降辊床及台车的尺寸标准，举升机构型式，台车切换方式，台车回位方式，台车随行夹具定位单元设计标准等。

2014年，我司就在五菱宏光S系列后部下车体产品开发项目中，应用了中小型高速辊床台车输送技术，成功实现45JPH的高节拍输出及稳定运行；2014年底至2015年初，对五菱宏光S系列后部下车体焊接生产线中高速辊床台车应用过程中的问题进行整改，优化设计，固化了经验成果。

迄今为止，已将中小型高速辊床及台车输送技术推广应用至宝骏730系列后部下车体、宝骏全系前大梁、宝骏全系前地板、五菱新微客系列后部下车体、五菱宏光系列前地板焊接生产线上。

3　中小型高速辊床输送系统的技术特点

通过对该种中小型高速辊床输送系统在我公司各条种零部件焊接生产线上的应用情况分析，较传统的往复杆输送技术，其具备以下几个显著的技术特点：

（1）输送效率高：单一输送循环由24 s提升至6 s，节省输送时间18 s，是传统往复杆输送效率的4倍。

（2）重复精度高：如图4所示，采用VersaDrive驱动控制系统、VersaCoder速度控制系统，简化了驱动电机与变频器的控制方式，并且闭环控制台车的加减速和最终定位，无需其他传感器定位，重复定位精度高，实际运行中可达到±0.5 mm的精度，完全满足钣金点焊的工艺要求。

图4　高速辊床台车的控制系统

（3）柔性化程度高：定位与补焊工位分开，同平台车型柔性生产设计简单，容易实现；更可通过整体更换台车随行夹具，快捷地实现不同平台的车型柔性切换。如图5所示，某汽车厂在同一辊床台车输送焊装平台上实现了超过8种车型的混线生产。

图5　辊床台车线柔性化程度高

（4）工件定位稳定：整个焊车过程，零件跟随同一台车由首序至末序，不用脱离夹具定位，一直保持夹紧状态，零件变形小，焊接质量稳定。

4　中小型高速辊床输送系统的创新点

与主机厂标准辊床台车相比，中小型高速辊床输送系统还具有如下几大创新点：

（1）制定了中小型辊床输送系统技术标准。包括系统PLC控制标准，旋转辊床、固定辊床、升降辊床及台车的尺寸标准，举升机构型式，台车切换方式，台车回位方式，台车随行夹具定位单元设计标准等。与车身主线高速辊床台车相比，中小型辊床台车的技术标准最大的特点，是结合了中小零部件的尺寸、工艺特点，量身定做了中小型的辊床及台车的尺寸，规范了台车随行夹具的定位夹紧设计标准。该套技术标准可以应用到后部下车体、前地板、前围板、前后大梁等中小型零件的焊接线输送上，有利于节省生产场地，并可有效提高设备稳定性。

（2）创新性地提出了生产线回形布置方式。这极大简化了生产线的基建工作量，节省了项目成本；设备布置一个平面，方便了维修及生产运行管理；可以预留额外的上件接口，方便后续车型导入，如图7所示。该布置方式已成功应用五菱宏光系列后部下车体台车线、宝骏730系列后部下车体台车线。

（3）高柔性化生产及车型快速切换。相比车身主线，零部件的焊接工艺更为复杂，车型柔性切换的难度也更高。中小型高速辊床台车系统通过回型布置、夹具定位多车型柔性设计、台车整体切换等多种形式，综合解决同平台或不台平台车型柔性生产的问题。例如在五菱宏光系列后部下车体台车线上，就可以实现2种不同平台共4种车型的混线生产，且不同平台的车型切换可以在半小时内完成。

（4）多种输送方式无缝结合。根据产品及生产方式的特点，创新性地将辊床台车+机器人+空中小车等多种输送方式相结合，以稳定可靠的方式，最大可能地实现输送过程全自动化。如图6所示，某后部下车体自动焊接线就集成了辊床台车+机器人+空中小车+滑移等多种输送方式。

图6　中小型高速辊床输送系统的特点

5　经济效益分析

以某车型一条后部下车体中小型高速辊床输送自动焊接线为例，相较于传统往复杆输送方式，经济效益显著。

（1）生产效率大幅提升

输送效率的大大提升，节拍提升22%.按常规生产负荷，每月2万台，年度24万台产量，结合该后部下车体单台产值900元，年度增加产值4 752万。

（2）新车型导入周期缩短

由于采用高速辊床台车技术，新车型导入的设计和切换工作极为简单。只需要设计工装定位部分，台车可采用整体切换，焊接设备仅作简单轨迹示教，即可实现新产品导入。相比重新设计开发一条焊接生产线周期6个月，高速辊床台车线上导入新车型，保守估计只需3个月，开发时间节约一半。

（3）新车型开发成本降低

新车型导入时，由于只需要投入台车随行夹具部分，辊床部分和其它焊接设备仍可继续回用，简单改造即可，1条生产线辊床台车输送部分节约的费用就可达800万以上。

6　结束语

中小型高速辊床台车输送系统的开发及广泛应用，填补了汽车焊装输送领域的一项空白，为汽车车身中小零部件焊装线的输送方式探索出了一条新路，经济效益可观。中小型标准的高速辊床输送系统，在国内及国际上尚属首创，具有极大的行业推广前景。