车身前纵梁生产线仿真浅谈

点击数:487 发布时间:2018-06-22
前纵梁总成是汽车车身中重要的机构件之一,其对焊接质量的要求很高。前纵梁总成焊接质量的好坏直接影响到汽车的安全。
车身前纵梁生产线仿真浅谈

前纵梁总成是汽车车身中重要的机构件之一,其对焊接质量的要求很高。前纵梁总成焊接质量的好坏直接影响到汽车的安全。

前纵梁总成(图 1)主要由前纵梁外板、前纵梁内板、前纵梁后段及各种加强件等组成。总长 2000 mm 左右, 焊点有 200 ~ 300 个。前纵梁零件主要由镀锌板冲压成型,还有一些零件采用热成型工艺冲压成型。

图 1 前纵梁工件

一、前纵梁生产线规划

1.前纵梁焊接流程规划

我们根据生产节拍、焊接干涉和上件顺序等,对产品结构树进行重新规划。初步确定工位个数并形成焊接流程。

2.前纵梁生产线节拍的计算

一般生产节拍可按下面公式计算:

T =全年工作日× 每日班次× 每班工时×K 1/ 年产量

上式中,T 代表生产节拍 ;K1 为设备利用率,一般取 0.8 ~ 0.9(根据客户的实际要求)

3.前纵梁工位规划及工位节拍

工位是构成生产线的基本单元,工位节拍必须小于或等于生产线节拍。工位节拍是从焊接零部件上件开始到完成本工位全部操作,并将工件取出的整个过程的时间,同时应考虑设备利用率。在工艺规划时,应使所有工位的工位节拍尽可能相等并接近生产节拍。根据初步确定的工位个数,把需要在同一工位焊接的工件放在一起。

4.纵梁生产线工位焊点的分配

根据每个工位分配的工件、节拍和焊接干涉情况,确定每个工位焊接的焊点位置和个数。初步形成工位的焊点分布图。

5.焊钳的初步选型

焊点分配工作完成后,即可进行焊钳选型,根据焊点分布图确定焊钳的最小数量,根据工件的形状及尺寸确定焊钳的形式(X 型、C 型)及喉深、喉宽和行程等。

 

图 2 前纵梁人工生产线布局

二、前纵梁焊接生产线的布局

1.人工前纵梁生产线布局

根据生产线的自动化程度进行布置, 自动化率低的是人工操作的焊接生产线(图 2)。所有的操作都是由人工完成,焊点的位置一致性不高,焊接质量无法得到很好的保证。此类生产线的优点是设备投入少、设备维护维修简单等,其缺点是人工成本高、人工的劳动强度高、焊接质量不稳定。

2.机器人焊接生产线布局

相比较而言,前纵梁机器人焊接生产线(图 3)的自动化率较高。焊接工作全部是由机器人完成,机器人焊接时对于每个焊点的焊钳参数是恒定的,保证了焊接质量的稳定,可以有效保障产品的质量。人工只负责上下工件,人工的劳动强度得以大幅降低,但是操作人数并没有明显减少,设备投入较大。

3.机器人焊接工作岛布局

机器人焊接岛布置见图 4,其自动化率高,设备一次性投入大。人工只是完成小件的上件工作,人工的劳动强度大幅下降,操作人数明显减少。工件的搬运和焊接都是由机器人完成的,对机器人仿真工作要求较高。

图 3 前纵梁机器人生产线布局

图 4 机器人焊接岛布局

 

图 5 前纵梁机器人点焊

三、节拍预测

生产线节拍预测在前期仿真中非常重要,以下是工作中总结的前纵梁点焊(图 5) 相关节拍预测公式:
1.点焊补焊工位节拍:

补焊工位特点 :夹具定位压紧简单, 焊钳进出容易2秒按伺服焊钳考虑,如果为气动焊钳,2 秒可增加到 3 秒 ;为机器人从原点位置达到焊接位置的时间 ;为机器人从焊接位置回到原点的时间

2.点焊点固工位:

点固工位特点 :夹具定位压紧复杂, 焊钳进出困难。

3秒按伺服焊钳考虑,如果为气动焊钳,3 秒可增加到 4 秒 ;为机器人从原点位置达到焊接位置的时间 ;为机器人从焊接位置回到原点的时间

3.搬运和固定点焊(图 6)工位:

2.5 秒按伺服焊钳考虑,如果为气动焊钳,2.5 秒可增加到 3.5 秒 ;大型工件如地板、顶盖、侧围和发动机盖等,取件时间为 9 秒,小型工件为 6 秒 ;大型工件如地板、顶盖、侧围和发动机盖等,放件时间为 9 秒,小型工件为 6 秒

4.螺柱焊工位:

不同类型螺柱,焊接时间不同,3.5 秒为经验值 ;为机器人从原点位置达到焊接位置的时间 ;为机器人从焊接位置回到原点的时间

机器人如果抓工件去螺柱焊,取放各考虑 6 ~ 9 秒的时间。

四、仿真验证

对于人工焊钳的生产线需要对夹具进行静态仿真,避免干涉。对于使用机器人焊接的生产线需要进行机器人仿真。传统的二维层面的工艺规划存在一定的弊端, 不能真实地反映空间中各个设备之间的实际情况。

三维数字化工艺布局、工艺设计是解决这些问题的最有效途径。通过MotoSimEG 和Tecnomatix 等软件对上述规划结果进行三维工艺仿真验证,包括焊点可达性验证、焊钳型号和夹具干涉等。通过数字化模拟仿真来验证工艺规划的合理性、消除干涉、优化工艺布局并最终输出验证报告。