D310高顶双卧驾驶室装焊工艺及设备选择

HEATS

为了生产出造型美观、质量好、成本低的新品驾驶室，东风公司在工艺上选择了全新的顶盖分块上线装焊技术，经过2年多的生产实践检验，其工艺选择是合理的，与设计纲领是相适应的，达到了设计预期目标。同时，也使东风公司高顶双卧驾驶室装焊水平达到了国内同类车型先进水平。

1 H0 z0 g, V7 o+ ]# J+ C" P4 j

D310系列驾驶室有一排半标准型、加长型、高顶双卧型三大系列。产品研发部门要求取消驾驶室两侧的“帽檐”，使驾驶室造型达到法国雷诺驾驶室水平；制造部门要求驾驶室骨骼精度达到85%以上，达到日产柴G105新品驾驶室质量水平；成本管理部门要求大幅压缩投资，使D310驾驶室有良好的收益性；生产部门要求标准型、加长型、高顶双卧型三大系列驾驶室都在一条焊装线上混流生产。

. D' g! H. w2 ]) S9 A: ~) s4 W

法国雷诺汽车公司为了取消高顶双卧驾驶室的“帽檐”，采用了独家专有的顶盖分块上线装焊技术，驾驶室采用了柔性夹具装配、机器人焊接、滑撬输送等先进设备，投资巨大。我们既得不到上述技术资料，也没有足够的资金支持，因此，工艺设计难度极大，尤其是高顶双卧驾驶室。为此，公司组织技术人员对D310高顶双卧驾驶室产品分块、连接定位方式、装焊工艺及设备选择都进行了大胆创新，用较少的投资实现了顶盖分块上线装焊技术，生产出了造型美观、质量好、成本低的新品驾驶室。

6 I$ g. I4 i/ \1 i

D310驾驶室装焊工艺设计工作于2003年10月开始，2005年12月D310驾驶室焊装车间建成，2006年5月装载D310驾驶室的新型商用车开始投放市场。

/ B& B2 h/ u n4 z# v0 x

产品装焊工艺性优化

) |9 |( S, Z9 P2 U3 Q" Q: O, P

1. 产品描述

D310系列驾驶室外形图如图1、2、3。车型分为：标准型、加长型、高顶双卧型三种。

8 |4 W1 F) N5 B

图1  标准型驾驶室外形图

9 h5 v8 t! t& E1 ~- }* ?

; V$ O) S2 F7 F" V1 ~/ s

图2  加长型驾驶室外形图

9 ?$ D1 Y9 ]3 d' p0 v* G

$ Z6 W1 V. s, P+ C; v2 U& B

图3  高顶双卧型驾驶室外形图

+ v a. [, K' l4 {: Q2 T

 2. 产品分块与连接定位方式的选择

（1）高顶双卧驾驶室产品分块方式

法国雷诺高顶双卧驾驶室顶盖分为左、右、前、中、后上、后下顶盖6块。我们在保留驾驶室顶盖分块上线装焊基础上，将后上顶盖与后下顶盖合并为一块，并成功解决了后顶盖焊接困难的问题，降低了总装线的装焊工作量与复杂程度，优化后的高顶双卧驾驶室产品分块如图4。

图4  D310高顶双卧型驾驶室产品分块图 

% h" U" U" L- W' Q+ ^) K* j

高顶双卧驾驶室总成装配顺序为：地板总成—左/右侧围总成—后围总成—前顶盖总成、后顶盖总成—中顶盖总成—左/右车门总成。

（2）左/右侧顶盖与左/右侧围外板连接方式

) M6 Y3 X1 D9 [1 E1 ^, }% W0 i

高顶双卧左/右侧顶盖改在左/右侧围总成上装配焊接，取消了左/右侧顶盖与左/右侧围外板连接处的流水槽，满足了产品造型美观的要求（如图5）。

7 Y1 d1 N' w+ _' @% } p3 U

图5  侧顶盖与侧围连接图

$ A4 {) v2 p* q

（3）前、中、后及左/右侧顶盖之间连接方式

2 Z% F b1 q; D& D( c% F+ H

经过无数次地优化，在满足产品造型与结构强度，冲压工艺性与装焊工艺性，模具与夹具制造要求的基础上，确定了高顶前顶盖、中顶盖、后顶盖、左/右侧顶盖及9个顶盖加强梁的搭接边位置与尺寸，为了方便顶盖焊接，保留了中顶盖天窗洞口，并确定了天窗洞口尺寸。

（4）中顶盖总成装配定位

为了降低焊装线的复杂程度与投资，中顶盖总成采用了凸焊螺栓定位。在中顶盖总成左前角与右后角各焊接1个M8凸焊螺栓，在左/右侧顶盖加强梁上相应增加2个定位孔（1个园孔，1个长孔）。只需采用1套自动上线装置，将中顶盖总成自动输送到驾驶室上空即可，操作工人进入到驾驶室内，人工装配M8螺母与M8螺栓。取消了复杂的定位夹具，降低了焊装线的投资。

$ l( R; m7 z: L

装焊工艺设计

) t, X% }$ o' N) n, M p8 }

1. 设计条件

% y, \- k3 m1 Z9 m) ]3 H

生产品种：D310一排半标准型、加长型、高顶双卧型驾驶室；生产纲领：6万台/年；生产节拍：3.6min/台；生产方式：任意混流生产。

3 t# H" {$ ~4 o8 `

2. 工艺设计思路

D310高顶双卧驾驶室产品设计完成后，装焊工艺与设备的选择尤为重要，它直接影响到生产节拍、产品质量及工艺投资工艺设计思路：

（1）标准型、加长型、高顶双卧型驾驶室在一条焊装线上实现任意混流生产。

: ^6 Y; N* D% N, R1 Y6 G

（2）用较少的投资应用顶盖分块上线装焊技术，同时满足产品造型美观与收益性要求。

+ l# O- e4 a5 ?6 P0 T: j

（3）降低焊接自动化水平，减少机器人使用数量。

) f. l9 _2 I" f; v

（4）采用成熟可靠的往复杆输送方式，取代昂贵的高精度滑撬输送方式。

! O. R" q, c* G; s5 o! d$ Q

（5）采用成熟可靠的传统夹具，取代昂贵的机器人柔性夹具。

（6）采用部分人工手动定位，取代复杂的自动定位，降低夹具复杂程度。

（7）采用部分人工气动平衡装置吊运总成，取代部分自动输送装置。

（8）采用同步工程技术，优化产品结构与工艺设计，缩短了项目建设周期。

1 K- x3 H" J ~; m

（9) 将驾驶室骨骼精度提升到85%以上。

3. 总装线工艺内容与配置

`3 A. [6 Z: C9 g; r1 H0 V/ m0 C

总装线可任意混流生产D310一排半标准型、加长型、高顶双卧型驾驶室。工位数11个，工位间距5m。配置1套往复杆传输线，11套焊接夹具，3套预装夹具，4台点焊机器人，17台悬挂点焊机，3套自动输送装置、3套人工输送装置。高顶双卧驾驶室总装线焊点数587个，其中机器人焊点数317个，自动焊焊机焊点数22点。

一工位：通用自行葫芦将地板总成自动放置到一工位夹具上。

二工位：左/右侧围自动输送装置自动装配左/右侧围总成；悬臂式气动平衡吊装配后围总成；自动焊机自动点焊22点；2台悬挂点焊机点焊8点。

三工位：4台悬挂点焊机点焊87点。

四工位：2套顶盖自动输送装置分别完成高顶前顶盖总成、后顶盖总成与标准型、加长型中顶盖总成的输送与装配。4台悬挂点焊机点焊21点。

五工位：2台点焊机器人自动点焊92点。

+ N# m" V' _3 V- k8 ~

六工位：高顶中顶盖自动输送装置自动装配中顶盖总成；3台悬挂点焊机点焊36点。

七工位：左侧1台通用机器人自动点焊68点。右侧1台高顶专用机器人自动点焊31点。

5 t, t) v6 ^9 E

八工位：右侧1台通用机器人自动点焊68点。左侧1台高顶专用机器人自动点焊58点。

九工位：2台悬挂点焊机点焊96点。

十工位：2套包边钳人工包边左/右侧围与后围连接处。

0 W; ]+ h$ ^2 F8 F( Y

十一工位：悬臂式气动平衡吊装配左/右车门总成。

4. 驾驶室骨骼精度提升

& X3 w& `/ K2 C+ w, T

（1）产品定位基准统一

8 l% D0 w0 W) |: @

在产品设计阶段就对总成装配用的工艺定位孔进行早期明确，首先由焊接工艺提出，然后经冲压工艺、模具制造、夹具制造、产品设计方面的技术人员确认，再标注在产品图上，确保内外制零件、模具、夹具及检具定位基准的统一。

（2）工艺定位基准统一

% C/ o; N1 K2 D3 @% w/ U& L4 r4 b

 工艺编制了68套焊接夹具定位夹紧点布置图。夹具制造商按工艺提出的定位销、定位块尺寸与位置进行设计，确保了分装夹具、线上夹具及检具定位基准统一。

（3）确保夹具设计质量

工艺绘制了总成焊点图、人工焊钳尺寸图，及各种详细的夹具设计交底资料。夹具制造商按工艺提出要求进行设计，确保了夹具设计制造质量。

4 |2 `; ?6 h# w0 z& n+ S) V

（4）确保夹具制造质量

所有线上夹具与分装夹具在预验收阶段与现场安装后都用三坐标测量仪进行测量与调整，确保夹具制造精度。

3 J3 G7 N* A; R

（5）驾驶室骨骼精度控制

4 ^1 \9 i/ I U* |5 |) ?- Y. y

在驾驶室上选取400多个坐标点，进行骨骼精度控制。编制了驾驶室骨骼精度管理表及分析评价方法，使驾驶室骨骼精度得到稳步提升。

9 a$ C' E# e1 U0 h

总装线设备选择

1. 左/右侧围总成与后围总成输送设备选择

D310高顶左/右侧围总成体积大，人工搬运装配非常困难，又易变形，还受到了厂房高度限制，因此，左/右侧围总成采用了水平自动吊运输送与翻转夹具相结合的方式上线；后围总成采用悬臂式气动平衡吊方式上线。人工将侧围总成吊至预装夹具上－预装夹具水平移动－自动输送装置将侧围总成吊至翻转夹具上－夹具翻转至垂直状态－翻转夹具向线中心方向平移至装焊位置－人工装配后围总成－夹具夹紧后围总成－人工点焊和自动点焊－焊后自动返回原位。标准型、加长型、高顶双卧型左/右侧围总成输送设备通用。

左/右侧围总成采用了90°翻转夹具，由于翻转夹具很重，需5t的驱动力，采用电动驱动方式，驱动力不够；采用气动驱动方式，冲击较大。经过反复论证，夹具翻转驱动采用电动驱动方式，但同时加装气动平衡助力系统，有效地解决了夹具翻转困难问题。

/ t+ l9 n7 O, R: \; I8 r7 ~$ W' ]

2. 高顶前、后顶盖总成与标准型、加长型中顶盖总成输送设备选择

D310前、后顶盖总成体积大，人工搬运非常困难，且易变形。前顶盖总成下落时存在负角，与左/右侧围总成干涉。后顶盖总成下落时与后围总成上部加强梁相碰，无法下落。经过反复论证，前、后顶盖总成上线采用了自行葫芦输送方式。前、后顶盖总成由人工放置在线左侧的预装夹具上，自行葫芦将前、后顶盖总成从线旁预装夹具上，输送到顶盖装配工位上空。前、后顶盖总成下降到接近工件时，吊具将前、后顶盖总成下部自动向前后方向推出，待前、后顶盖总成下降到底时，又自动恢复到装配位置。标准型、加长型中顶盖总成输送设备布置在线右侧。高顶双卧前、后顶盖总成上线装置结构如图6。高顶前、后顶盖总成与左/右侧顶盖总成人工定位销位置如图7。

2 ^+ V1 n- N! S

, O) |, \; W" A* R8 F6 W

图6  高顶前、后顶盖总成吊具结构图

5 l) g' O9 S; T4 {+ U! p' o" k: U

图7  高顶前、后顶盖总成与左/右侧顶盖总成人工定位销位置图

3. 高顶前、后顶盖总成与标准型、加长型中顶盖总成机器人焊接

总装线50工位采用了2台7轴200kg通用点焊机器人，可分别完成高顶前、后顶盖总成与标准型、加长型中顶盖总成的焊接。焊钳从驾驶室顶部、前围风窗口、后围风窗口伸入工件，进行焊接。机器人采用了中频直流焊接技术与大规格焊钳，解决了前、后顶盖焊点焊接困难问题。

4. 该顶中顶盖总成输送设备的选择

高顶中顶盖总成在产品设计时采用了螺栓定位方式，简化了配置，但D310中顶盖总成装配位置比较高，人工无法搬运，在线旁增加了预装工位。人工将中顶盖总成放置在预装夹具上，伸缩杆式自动输送装置抓取中顶盖总成，自动输送至装配工位上空，自动下降，下降到接近工件时，自动松开工件，工件落到驾驶室上，输送装置自动上升，自动返回原位。人工进入驾驶室内装配M8螺母2个，M8螺栓6个。

5. 中顶盖总成机器人焊接

9 r6 I+ i6 r" S: Z1 N

采用了2台6轴高位点焊机器人，分别布置在总装线70工位左侧与总装线80工位右侧。焊钳从驾驶室顶部的中顶盖天窗洞口伸入工件，焊接中顶盖与前顶盖、后顶盖、左/右侧顶盖连接处。总装线70工位点焊机器人焊接中顶盖中部焊点，总装线80工位点焊机器人焊接中顶盖左右侧焊点（如图8）。为了降低投资，中顶盖左右侧焊点采用1台点焊机器人焊接。

图8   中顶盖总成机器人焊点图

6. 后围包边设备的选择

国外汽车公司采用机器人包边，投资很大。为了降低投资，我们采用了人工包边钳包边。投资约为机器人包边的30%（如图9）。

) l: ]! d- I7 h0 C5 b

$ I1 d3 P1 F- W4 ?6 }2 C

图9左   侧围与后围包边图

& G, `8 Q% l6 S5 I

图9右  侧围与后围包边图 

7 v% V0 o3 _( L3 f+ n2 D

7. 驾驶室总成传输设备的选择

310驾驶室的传输方式经反复论证，仍保留了升降式托杆往复传输方式，原因是该方式输送平稳、到位准确、维修方便、可靠性高，并且有丰富的使用经验。

往复杆输送线单个循环时间小于20s，往复送件的重复到位精度为±1mm，往复杆输送升降行程900mm，工位间距为5m，驾驶室0Z线距地面700mm。

& s* X) y6 H: i* n. E* \

综上所述，为了生产出造型美观、质量好、成本低的新品驾驶室，工艺选择了全新的顶盖分块上线装焊技术，经过2年多的生产实践检验，工艺选择是合理的，与设计纲领是相适应的，达到了设计预期目标。

" H: `3 v9 \0 D( ?' P. D9 `% d' ]

高顶双卧驾驶室顶盖分块上线装焊技术在国内车身装焊中首次提出并获得成功应用，使东风公司高顶双卧驾驶室装焊水平达到了国内同类车型先进水平。同时，在D310系列驾驶室产品研发阶段，首次应用了同步工程方法，有效解决了装焊工艺性问题与工艺定位基准统一问题，使D310驾驶室制造精度大大提升。【MechNet】

( J. M3 @" I, ^. y- ?4 p