美國C-FLEX軸承在試制車(chē)身車(chē)間的應用
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(zhù)汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車(chē)產(chǎn)量逐年上升?？焖僮兓?*市場(chǎng)、“工業(yè)4.0”的來(lái)到和大眾消費心理的轉變，使得汽車(chē)的生命周期越來(lái)越短，車(chē)型越來(lái)越多。各汽車(chē)生產(chǎn)商要不斷向市場(chǎng)提供新產(chǎn)品，不斷滿(mǎn)足客戶(hù)對于性能、外形的追求，進(jìn)而實(shí)現理想的市場(chǎng)占有率。因此，汽車(chē)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(chǎng)家關(guān)注的重點(diǎn)，目前我國汽車(chē)車(chē)身焊裝夾具開(kāi)發(fā)周期長(cháng)、投資大，是我國汽車(chē)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(chē)身生產(chǎn)系統”（Global Body Line）中，采用現場(chǎng)總線(xiàn)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(chē)型，與常規的傳統生產(chǎn)線(xiàn)相比，投資降低了50%，年產(chǎn)量提高了46%，并且保證了白車(chē)身的焊裝精度，大大提高了汽車(chē)生產(chǎn)制造的質(zhì)量和效率。2013年上海通用汽車(chē)某廠(chǎng)的車(chē)身焊接生產(chǎn)線(xiàn)上采用的切換機構，僅能夠滿(mǎn)足3種車(chē)型的生產(chǎn)，即將引入的SⅢ車(chē)型后將無(wú)法實(shí)現地板定位切換，超出了企業(yè)規劃的產(chǎn)品投放能力。為滿(mǎn)足投資少、生產(chǎn)線(xiàn)改動(dòng)小、多種產(chǎn)品的共線(xiàn)生產(chǎn)，并能迅速轉產(chǎn)等要求，引入了全新的定位模式C-FLEX，形成復合產(chǎn)品生產(chǎn)結構，提高車(chē)間生產(chǎn)的柔性化，滿(mǎn)足了至少6種車(chē)型的生產(chǎn)。焊接定位工裝的柔性化直接影響著(zhù)汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)的柔性，柔性工裝定位的引入具有重要的實(shí)際應用價(jià)值。

2 背景及要求

試制車(chē)身車(chē)間，具有多平臺、多車(chē)型快速切換的特點(diǎn)，不同項目的白車(chē)身具有不同車(chē)身結構及車(chē)身尺寸，焊接過(guò)程中的工裝定位需求不同，試制車(chē)身車(chē)間激光焊接工位為共用工位，在傳統工裝模式下，不同項目開(kāi)始前須開(kāi)發(fā)特制激光焊接定位工裝，在項目開(kāi)始時(shí)進(jìn)行工裝的調試，每個(gè)項目工裝的切換時(shí)間約40Min，而車(chē)間**產(chǎn)能約7V/D，因此激光焊接工位的大部分時(shí)間浪費在了工裝切換上，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)現多平臺，多車(chē)型快速切換，無(wú)疑會(huì )給試制車(chē)身車(chē)間帶來(lái)較大的經(jīng)濟效益，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是基于數字編程的車(chē)間工裝系統，用來(lái)代替車(chē)身不同車(chē)型的特制工裝設備，即C-FLEX可用一套工裝和機器人編程焊接多種車(chē)身結構，不再需要新車(chē)型的特制工裝。

C-FLEX柔性定位單元具有如下優(yōu)勢[1]：

（1）舍棄了以往傳統的工裝模式，使用聯(lián)動(dòng)夾具，電氣機械配合C-FLEX定位單元，從而起到節省投資、節約空間、減少人力勞動(dòng)和設計成本的作用。

（2）由于只有很少的電氣機械部件和夾具需要安裝，

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

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

（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、旋轉共5個(gè)自由度）等優(yōu)點(diǎn)。

通過(guò)分析適用性，試制車(chē)身車(chē)間采用了C-FLEX定位單元，選取F-100iA/104（L）型號即可滿(mǎn)足定位需求，此型號柔性單元有四個(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控制轉動(dòng)范圍+/-190deg（+/-3.32rad）

J3控制水平移動(dòng)范圍+245/-25mm

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

C-FLEX F-100iA/104（L）型號參數如表1所示。

3.2 C-FLEX定位單元應用過(guò)程

C-FLEX在試制車(chē)身車(chē)間激光焊接工位應用方式為：中間采用4個(gè)固定定位銷(xiāo)，前后兩側各布置2個(gè)（共計4個(gè)）C-FLEX定位單元如圖3，通過(guò)特定軟件對新車(chē)型數模進(jìn)行C-FLEX柔性定位的離線(xiàn)編程，確定各C-FLEX柔性定位單元的位置坐標，進(jìn)行模擬演示，驗證可達性等如圖2，解決這個(gè)過(guò)程中發(fā)現的問(wèn)題并對程序進(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(chē)驗證并通過(guò)控制器和示教器進(jìn)行程序微調如圖4，以確定特定車(chē)型的激光焊接定位位置。

4 實(shí)施結果及效益分析

通過(guò)C-FLEX柔性工裝定位策略的引入，可實(shí)現多車(chē)型共用一個(gè)車(chē)身定位系統進(jìn)行激光焊接，進(jìn)而降低了新車(chē)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)穩定，提高了激光焊接工位的生產(chǎn)效率，節約了空間，節省了前期的成本投入，長(cháng)遠來(lái)看獲得了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和時(shí)間成本效益，C-FLEX定位單元與傳統定位單元對比見(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，并達到如下指標：（1）滿(mǎn)足各平臺車(chē)型混線(xiàn)42V/W的激光焊接產(chǎn)能需求；（2）不同車(chē)型的定位切換時(shí)間不大于2s；（3）對現有焊接工藝無(wú)影響；（4）對現有線(xiàn)體輸送系統、滾床等無(wú)特殊改造需求；（5）前期離線(xiàn)編程，Tryout期間在線(xiàn)微調，相對于傳統激光焊接定位工裝手工調試、修改，效率得到顯著(zhù)提升。